Что такое игольчатый вентиль?

Область применения

Игольчатые краны не так популярны, как шаровые и балансировочные вентили, и путать их не следует.

Основные области применения:

• Размещение на вспомогательных трубопроводах с давлением до 10Мпа (исключение – краны высокого давления) для контроля расхода жидкости, пара, газов. Коническая головка плунжера более надежна, нежели прямые седла классических вентилей. Благодаря этому не происходит задиров уплотнительных колец.
• Трубопроводы с повышенным давлением среды. Игольчатые штоки позволяют регулировать поток без перебоев в работе системы.
• Для подсоединения манометров;
• В системах впрыска охлаждающей воды;
• В отоплении для выпуска воздуха;
• В карбюраторах автомобилей и мототехники (в виде игольчатого клапана);
• При самогоноварении. Здесь игольчатые краны используются для контроля скорости выхода продукта отбора мембранного (либо любого другого) дефлегматора из перегонного куба в систему охлаждения.

Классификация

Проходные 

Самые распространенные. В таком вентиле поток делает два поворота на 90°, что приводит к высокому сопротивлению и появлению застойных зон в корпусе.

Иногда ось выходного патрубка смещена относительно входного.

Угловые 

Размещаются на поворотных участках трубопровода, в них поток поворачивает на 90° один раз, что позволяет снизить сопротивление по сравнению с проходными. 

Прямоточные (вентиль Косва)

Для снижения гидравлического сопротивления применяют вентили со шпинделем расположенным под углом 45 градусов к потоку (вентиль Косва). Это позволяет выпрямить поток внутри вентиля и уменьшить его сопротивление. Но при этом увеличивается ход штока, строительная длина и масса изделия.

Вентиль Косва

Виды игольчатых вентилей

Вентили этого типа различаются по нескольким параметром. По предназначению выделяют три вида устройств:

• запорные;
• регулирующие;
• балансировочные.

Запорные вентили способны полностью перекрывать поток. Они наиболее устойчивы к воздействию высокого давления и температур, но срок их службы недолгий. В такие вентили часто попадают жидкости и газ, приводящие к коррозии металла. Используют запорные вентили на крупных магистралях.

Регулирующие игольчатые вентили применяют в том случае, если необходимо изменить свойства внутренней рабочей среды. Например, уменьшить давление или объем. Областью их применения являются трубопроводы небольшого диаметра с жидкой средой.

Балансировочные вентили предназначены для регулирования гидравлического сопротивления. Другими словами, они перенаправляют потоки жидкостей из одной трубы в другую, позволяя сохранять баланс объема, давления, скорости или температуры на заданном уровне. Их часто устанавливают на отопительные системы.

По конструктивным особенностям выделяют вентили:

• проходные;
• угловые;
• прямоточные.

Проходные вентили устанавливают на трубопроводы в местах прямого соединения труб. Они отличаются относительно большими габаритами по сравнению с размером трубы. Из-за особенностей конструкции в таких механизмах часто происходит застой, их периодически необходимо прочищать.

Угловые вентили используются там, где трубы расположены под углом друг к другу. Например, если трубопровод поворачивает, образуя колено. В месте поворота устанавливают игольчатый вентиль углового вида. Они бывают разных диаметров и предназначены для систем с любой внутренней средой.

Прямоточные конструкции отличаются относительно большой длиной и массой. В быту они не нашли широкого применения, несмотря на ряд преимуществ, в число которых входит меньшая возможность застоя внутри механизма. Используют их в качестве регулирующей арматуры в нефтепроводах.

• сальниковые;
• сильфонные.

Одним из элементов сальниково вентиля является уплотнитель, который препятствует выходу рабочей среды наружу, независимо от положения штока. Этот вариант не всегда является надежным с точки зрения герметичности.

Сильфонные вентили в качестве герметизирующей среды используют вакуум. Вакуумные прослойки часто используют в системах с высоким давлением. Они более надежные и реже дают утечки.

Устройство и принцип действия

Устройство крана-вентиля, а также принцип его работы зависят от вида.

Устройство и принцип работы шарового вентиля

Как устроен вентиль шарового типа? Основными элементами устройства являются:

1. корпус вентиля (1). Корпус может быть изготовлен из таких материалов, как латунь, бронза, нержавеющая или конструктивная сталь, силумин. Корпус может быть цельным, то есть изготовленным методом сварки, или разборным. Разборный корпус имеет некоторое преимущество – при необходимости вентиль можно отремонтировать. Если установлен шаровой вентиль с цельным корпусом, то при наличии неисправностей устройство подлежит замене;

Основные элементы шарового вентиля

1. запорный элемент – шар (2). В большинстве случаев шар изготавливается из латуни, так как этот материал считается более прочным и долговечным. Шар имеет проходное отверстие для жидкости (газа);
2. между запорным элементом и корпусом установлены уплотнительные кольца (3), обеспечивающие герметичность устройства. Прокладки могут быть изготовлены из тефлона, фторопласта или резины. Наиболее прочными считаются тефлоновые уплотнители, которые практически не подвержены воздействию температуры и химической среды;
3. к трубопроводу вентиль может присоединяться при помощи гаек (муфт), фланцев или сварки (4).

В бытовых трубопроводах чаще всего используется муфтовое соединение, а в промышленных – фланцевое. Приварные вентили в настоящее время используются крайне редко, так как требуют специального оборудования и определенных навыков при установке.

Вентиль с фланцевым соединением

1. запорный шар приводится в движение штоком (5), который соединен с управляющей ручкой (6). Между штоком и ручкой также устанавливаются уплотнительные элементы;
2. ручка крепится к корпусу при помощи гайки (7).

Принцип действия вентиля шарового типа следующий. При повороте ручки, закрепленной на корпусе, вращается запорный элемент устройства – шар. Если проходное отверстие шара повернуть по направлению потока проходящего вещества, то вентиль будет открыт. Если проходное отверстие повернуть перпендикулярно потоку, то вентиль будет находиться в закрытом положении.

Принцип действия шарового вентиля

Устройство и принцип работы клапанного вентиля

Теперь разберемся, как устроен вентиль, оборудованный клапаном. Устройство состоит из следующих элементов:

1. корпус вентиля (2), изготавливаемый из различных материалов, оборудован крышкой (3). Для герметичности между корпусом и крышкой установлена прокладка (12). Как правило, прокладка изготавливается из прочной резины, но может быть выполнена и из других материалов;

Основные рабочие элементы вентиля с клапанным запорным элементом

1. в корпусе оборудовано седло (1) для клапана (6), который является запорным механизмом устройства. Для полного перекрытия потока и герметизации седло дополняется уплотнительной прокладкой (16);
2. на нижней части клапана также располагается уплотнитель (15);
3. к запорному клапану при помощи гайки (14) крепится втулка (7) и шпиндель (11);
4. на корпусе шпинделя располагается резьба (4), которая служит для управления запорным конусом;
5. шпиндель совмещен с маховиком (8), приводящим в движение клапан. Маховик закрепляется на корпусе устройства при помощи гайки (13);
6. для герметичного соединения маховика и корпуса вентиля устанавливается сальник (10), фиксирующийся отдельной гайкой (5), дополненной уплотнительным кольцом (9).

Устройство задвижки обуславливает и принцип ее действия. При вращении маховика поступательными движениями вверх или вниз перемещается шпиндель, который опускает или поднимает клапан.

Принцип работы клапанного вентиля

Клапанный вентиль может быть проходным (на рисунках выше) и угловым. Угловой вентиль рекомендуется устанавливать на сгибе трубопровода. Устройство и принцип действия углового вентиля практически не отличаются от проходного устройства. Основное отличие заключается в форме корпуса и расположении седла.

Устройство углового вентиля клапанного типа

Шаровой и клапанный вентили имеют различное устройство и отличаются принципом работы. Однако оба вида изделий можно устанавливать на бытовые трубопроводы различного назначения.

Вентили высокого давления

В автономных системах водяного отопления частных домов такая арматура не применяется, поскольку магистральное давление там редко выходит за пределы 4 Бар. А вот регулировать подачу воды или пара в централизованных сетях городов или предприятий подчас можно только такими вентилями. По исполнению они делятся на муфтовые и фланцевые, а изготавливаются из следующих видов стали:

• углеродистая: диапазон рабочего давления – от 160 до 400 Бар, температуры рабочей среды – от минус 40 до + 200 °С,
• высокоуглеродистая: давление 16—40 МПа, диапазон температур – от минус 60 до + 200 °С,
• нержавеющая: здесь давление остается неизменным, а вот максимальная температура достигает 400 °С.

Надо сказать, что давление в системах отопления не бывает настолько высоким, даже в центральных коллекторах, отходящих от городских ТЭЦ. Зато температура воды доходит до 150 °С, а пара – переваливает за 200 °С. Поэтому для надежной работы в паровой сети подойдет игольчатый вентиль из нержавеющей стали. Что касается трубопроводов, транспортирующих горячую воду, то тут будет достаточно и стального крана.

Агрессивные свойства водяного пара хорошо известны, длительный контакт с ним выдерживает далеко не всякий материал. Помимо этого, имеется и обратная магистраль, по которой движется конденсат, а очень часто – пароводяная смесь. В таких коллекторах гидроудары – не редкость, а потому обычная арматура там работать не может. Однако, игольчатые краны имеют свои конструктивные особенности, продиктованные необходимостью. Это станет понятно, если изучить устройство игольчатого вентиля в муфтовом исполнении, что изображено на чертеже:

Зигзагообразный канал имеет в своей центральной части седло, в него-то и входит игла при вращении шпинделя. Благодаря этому кран может не только перекрывать трубопровод, но и осуществлять тонкую регулировку количества проходящей среды. Этому способствует вдвое зауженное проходное сечение, создающее высокое сопротивление потоку. Уменьшение прохода хорошо заметно на фото:

Такая же картина наблюдается и в кранах большого диаметра с присоединительными фланцами, так как их внутреннее устройство идентично муфтовым вентилям. Разница только в конструкции шпинделя и уплотнения, рассчитанного на большие нагрузки. Кстати, для установки в паропроводах предпочтение отдается именно фланцевым игольчатым кранам, поскольку стыки на муфтах остаются герметичными недолго, пар быстро разрушает уплотняющие материалы.

Стальной игольчатый кран высокого давления может снабжаться запорными конусами различных типов. Они бывают стандартными, регулировочными (более острые) и с мягким наконечником. С целью увеличить срок службы вентиля на внутреннюю резьбу, за счет которой вращается шпиндель, наносится специальное хромированное покрытие.

Для справки. Также существуют муфтовые краны, изготовленные из бронзы или латуни, а фланцевые – отлитые из серого чугуна. Но их рабочие параметры ниже, чем у стальных.

Трубопроводы теплоснабжения большой протяженности, паро – и конденсатопроводы – это магистрали, подверженные гидравлическим ударам в силу разных причин. Общеизвестно, что от воздействия гидроударов могут лопнуть и шовные трубы, не говоря о простой запорно — регулирующей арматуре. Стальной кран высокого давления с иглой в качестве исполнительного механизма в состоянии выдерживать подобные воздействия, смягчению ударов способствует сужение проходного сечения и его зигзагообразная конфигурация.

Запорные краны и отсекающая арматура

Запорная и отсекающая арматура выполняет несколько важных функций:

• помогает отсечь поврежденный или засоренный участок тепловой магистрали без ущерба для дальнейшей работы системы;
• краны запорной арматуры помогают регулировать проходимость воды в теплотрассе и сбрасывать воздушные пробки.

Задвижка

Задвижка — вид запорной арматуры, при помощи которого можно остановить движение теплоносителя в системе. В конструкции задвижки предусмотрен элемент, расположенный перпендикулярно направлению потока теплоносителя. С помощью регулирующего механизма можно увеличивать или уменьшать зазор в задвижке, тем самым влияя на скорость движения вод в системе. Фланцевые и муфтовые шаровые краны

Свое название этот вид запорной арматуры получил из-за формы клапана. Чаще всего эта деталь имеет форму шара, в котором имеется сквозное отверстие. В качестве запорного механизма в систему отопления врезаются краны с прямым отверстием. Поворачивая рычаг, мы меняем расположение шара, тем самым открывая или закрывая путь потоку теплоносителя.

Шаровые краны делятся на полнопроходные и стандартные. Вентили стандартной комплектации пропускают, не задерживая, до 80% потока воды в системе. Полнопроходной шаровый кран имеет практически стопроцентную пропускную способность, поэтому для радиаторов следует выбрать именно этот вариант

Также следует обратить внимание на другую особенность конструкции шарового вентиля

Фланцевые

Фланцевые устройства могут работать только в двух положениях – открыто или закрыто. Такая конструкция не сможет обеспечить половинчатую проходимость потока воды в системе, поэтому для радиаторов шаровые краны не подходят. Зато они прекрасно справляются с напором воды внутри трубопровода.

Поэтому фланцевые шаровые краны устанавливают только на трубопроводах. Благодаря простой и эффективной конструкции такие краны просты в использовании и долговечны.

Муфтовые

Муфтовые шаровые краны имеют по краям резьбу, которая обеспечивает этому устройству надежную фиксацию. Такой кран способен пропускать через себя жидкость и регулировать ее поток. Таким образом, муфтовые краны оптимально подходят для установки на радиатор.

При покупке этого устройства следует внимательно ознакомиться с его техническими характеристиками. Как правило, эта информация содержится в документации завода-изготовителя.

Материал и тип соединения

Запорная арматура может изготавливаться из различных материалов. Корпуса современных кранов могут быть выполнены из стали, бронзы или латуни, встречаются также и полимерные вентили. В классической системе отопления трубы и батареи выполнены из металла, поэтому в такую теплотрассу ставят латунные или бронзовые вентили.

Следует обратить внимание и на вид труб в трубопроводе. В каждом отдельном случае определяют наиболее подходящий тип соединения – с накидными или обжимными гайками, с внутренней или наружной резьбой

Большое внимание уделяется герметичности перекрытия потока теплоносителя в системе. Для этого устанавливают специальные прокладки, а металлические шары в кране шлифуют, добиваясь абсолютной гладкости

Чем ровнее будет поверхность шара, тем плотнее он будет приживаться к внутренней поверхности, тем меньше вероятность протечки.

Конструкция водного вентиля

Все вентили изготавливаются двух типов: клапанные и шаровые. Клапанные устройства представляют собой конструкцию всем привычного запорного механизма, которые находятся в каждой ванной и устанавливаются для перекрытия воды.

Данные механизмы довольно удобны, они могут проводить даже воду с повышенным содержанием хлора, а ремонт их состоит лишь в замене уплотнителей.

Изготавливаются эти вентили из латуни, они довольно прочные и легкие, имеют небольшие размеры, потому при монтаже почти не требуют наличия свободной площади.

Стальные устройства, в отличие от латунных, различаются внешним видом, вместо ручки у них находится удобное колесо, проворачивая которое можно отрегулировать давление или прекращать напор воды.

Эти механизмы также отличаются от латунных, чугунных и бронзовых условным давлением и диапазоном рабочих температур.

Стальные вентили используются в разных условиях, они довольно долговечные, надежные и прочные. Изготавливают их из нержавеющей нелегированной или легированной стали, имеют фланцевую конструкцию.

При установке в трубопровод приваривают входной и выходной патрубки, это обеспечивает полное отсутствие протечек.

Особенность стальных вентилей такая:

• возможность эксплуатации в любом положении;
• простое устройство конструкции, что значительно облегчает ремонт;
• возможность работы при повышенных температурах и давлении.

Водопроводный вентиль из нержавеющей стали устанавливается на водопроводах, в которых нужны антикоррозийные качества, как правило, это водопроводы больших производственных помещений, где рабочие характеристики очень агрессивные.

Диаметр водопроводов, на которых устанавливаются эти механизмы, как правило, составляет 100–300 миллиметров, температура воды может быть до 4500 градусов, а давление – до 2.5 килограммов на 1 см. квадратный.

Этот механизм идет в комплекте со специальным седлом, запорный элемент имеет хвостовик и ходовую втулку, непосредственно запорный механизм надет на шпиндель, который можно крутить вручную или с помощью электрического и гидравлического приводов.

Само устройство может быть разным:

• прямоточное при невозможности делать давление меньше;
• угловое для фиксации двух перпендикулярных участков;
• проходное для ровных участков;
• смесительное для получения необходимой температуры, разжижения основной среды, концентрации, поддержки качества и так далее.

Эти водопроводные вентили имеют малый вес и размеры, уплотнители могут устанавливаться в любом положении, они легко крепятся, имеют великолепную защиту от протечек.

Эти устройства, которые имеют довольно большою массу, тем не менее обладают следующими явными преимуществами:

• установка отличается предельной легкостью – нужно лишь иметь самые простые инструменты;
• они довольно надежны, выдерживают повышенное давление воды, устойчивы к деформациям;
• невысокая стоимость;
• продолжительное время службы, довольно простое обслуживание, вероятность выхода из строя сведена к минимуму.

Кран Маевского

Во времена СССР об этом очень простом и одновременно полезном элементе мало кто знал. Сейчас установка любого радиатора немыслима без игольчатого крана, что служит для сброса воздуха из системы.

Изделие представляет собой металлическую втулку с наружной трубной резьбой для монтажа в горизонтальном коллекторе батареи. По оси втулки насквозь сделано отверстие, а под углом 90° к нему примыкает второе, как показано на иллюстрации:

Здесь хорошо видно, что сообщение между двумя каналами перекрывает винт с конусом на конце. Если его отвернуть на 1—2 оборота, то путь из горизонтального канала в вертикальный откроется, и воздух сможет покинуть радиатор. При этом за счет малого проходного сечения из клапана не вытечет много теплоносителя, даже если выкрутить иглу сильнее. Благодаря такой конструкции удалять воздушные пробки из радиаторов и трубопроводов стало очень просто и удобно.

Если в первое время игольчатые краны Маевского продавались как отдельный вид трубопроводной арматуры, то в настоящий момент многие производители стали совмещать их с другими элементами. Например, воздухосбрасывающий вентиль игольчатого типа, вмонтированный в шаровой кран, как показано на фото:

Виды и конструкции

Вентили этого типа различаются по нескольким параметром. По предназначению выделяют три вида устройств:

Запорный

Запорный вентиль служит для полного перекрытия потока.

Отличается повышенной устойчивостью к высоким температурам и давлению, но недолгим сроком службы. Используются на крупных магистральных трубопроводах.

Регулирующий

Регулирующий кран применяют в случае необходимости изменить напор воды, давление газа или пара, объем жидкости. Область применения — трубопроводы небольшого диаметра.

Балансировочный

Предназначены для перенаправления потоков жидкостей из одной трубы в другую, тем самым регулируя гидравлическое давление.

Классификация кранов по конструктивным особенностям:

Проходной

Устанавливаются на трубопроводы в местах прямого соединения труб. В таких элементах часто застаивается вода и периодически их нужно прочищать. Этот вид вентиля имеет определенные параметры: диаметр — от 6 мм до 25 мм, материал корпуса – сталь. Подходят для жидких и газообразных сред.

Угловой

Присоединяется в соединениях труб, расположенных друг к другу под углом в месте поворота. Предназначены для систем с различной внутренней средой. Рабочее давление – до 300Бар, температура – до 630С.

Прямоточный

Обычно применяются в нефтепроводах. В быту распространения не получили из-за больших размеров.

По способу герметизации:

Сальниковые

В сальниковом варианте крана уплотнитель препятствует выходу рабочей среды наружу. При этом положение штока не играет роли.

Сильфонные

Сильфонные вентили — более современные. Здесь в качестве герметизирующей среды выступает вакуум. Такой вид кранов боле надежен, утечки происходят реже.

Как установить вентиль на трубу

Способ установки зависит от выбранного вида вентиля.

Монтаж резьбового вентиля

Установка резьбового вентиля водоснабжения производится по следующей схеме:

• если резьбы на трубах нет, то ее можно нарезать при помощи специального оборудования. Для этого используется плашка нужного размера. Нарезка резьбы производится при вращении плашки по трубе. Для удобства можно применять плашкодержатель;
• на концы труб надеваются контргайки, являющиеся фиксаторами вентиля;
• резьба герметизируется. В качестве герметика можно использовать ФУМ-ленту, льняную нить ил специальную нить Тангит Унилок;
• вентиль накручивается на уплотненную резьбу и фиксируется контргайками.

Монтаж фланцевого вентиля

Установить вентиль на водопроводную трубу при помощи фланцев можно по следующей схеме:

• на концы труб методом дуговой сварки крепятся фланцы;
• между фланцами на трубах и фланцами на кране устанавливаются резиновые прокладки, позволяющие достичь герметичности соединения;
• фланцы скрепляются между собой болтами.

После установки вентиля любым способом рекомендуется проверить герметичность соединений. Для этого вода подается в систему постепенно.

Таким образом, выбрать вентиль для водопровода и установить его, зная простые инструкции, можно своими силами. Для этого не требуется специальных навыков и большого набора инструментов.

Устройство и принцип действия

Рассмотрим устройство крана. Он состоит из корпуса, который может изготавливаться из различных материалов – меди, латуни или другого металла. Также в конструкции имеется шпиндель, затворка и крышка. Управлять этим элементом можно как вручную через маховик, так и при помощи электрического привода.

Привод воздействует на затвор. После того, как последний приходит в движение, клапан открывается либо закрывается. Большое количество игольчатых кранов позволяет тонко настроить любую среду, будь это вода или газ.

Основное отличие игольчатых вентилей и кранов от классических изделий – это особая коническая форма рабочей части штока. Это делает его похожим на иглу. За счет такой конструкции у этих кранов практически отсутствуют задиры на уплотнительных кольцах при росте давления. Некоторые производители и вовсе решили отказаться от применения уплотнительных колец.

Как выбрать игольчатый вентиль

При выборе вентиля важно учитывать следующие критерии:

• особенности перекачиваемого вещества: вязкость, химическая активность, плотность;
• рабочее давление в коммуникациях;
• тип соединения с трубами;
• условия окружающей среды: температура, уровень влажности, наличие механических воздействий.

Рекомендации по выбору материала, из которого сделаны игольчатые краны:

• на участках коммуникаций с малым давлением, низкими техническими требованиями подойдут чугунные изделия;
• при необходимости обеспечения высокой стойкости к коррозии подойдёт арматура из бронзы;
• в отопительных системах выгодно устанавливать краны из жаропрочной CrMo стали, способной переносить гидроудары, механические воздействия, перепады температур;
• на магистралях применяют запорную арматуру из углеродистой или нержавеющей стали.

Рекомендации:

• для систем высокого давления подойдёт конструкции из углеродистой стали;
• при эксплуатации в неотапливаемых помещениях или при повышенной влажности лучше выбирать корпуса, изготовленные из нержавейки, никелированной стали, бронзы;
• приобретать следует изделия от известных производителей, чтобы все заявленные характеристики соответствовали реальным;
• нужно учитывать качество сборки, отсутствие люфтов штока, внешних повреждений, несоответствий размеров стандартам.

Материал корпуса должен соответствовать особенностям транспортируемой среды. Связано это с её химической активностью, окислительными свойствами, физическими параметрами.