Одним из наиболее важных устройств котла является предохранительный клапан, предотвращающий повышение давления в котле свыше допустимого.
Каждый котел с поверхностью нагрева более 12 м2 должен быть снабжен предохранительными клапанами, открывающимися, когда давление пара в котле превысит установленное рабочее. Для котлов с расчетной паропроизводительностью менее 750 кг/ч и для утилизационных котлов достаточен один предохранительный клапан (не сдвоенный).
Клапаны должны иметь привод для их принудительного открывания (подрыва) из котельного отделения и с верхней палубы судна. Привод необходим для немедленного выпуска пара в атмосферу в случае серьезного повреждения котла. Кроме того, с помощью ручного привода предохранительные клапана можно подрывать для проверки их действия.
Рис 1. Одинарный предохранительный клапан, который устанавливается на коллекторах утилизационных котлов или коллекторах пароперегревателей. Клапан удерживается в закрытом состоянии действием пружины, отрегулированной на определенное значение давления.
Позиции к рисунку: 1 - шток клапана; 2 - пружина; 3 - рычаг; 4 - крышка корпуса клапана; 5 - клапан; 6 - корпус клапана.
Рис 2. Для вспомогательных котлов и сепараторов утилизационных котлов, имеющих низкое рабочее давление пара, применяют более простые сдвоенные предохранительные клапана прямого действия. Сдвоенный прямодействующий клапан имеет конструкцию, аналогичную одинарному клапану, и отличается от него только размерами и тем, что в одном корпусе скомпонованы два одинаковых клапана. Эти клапана имеют простую конструкцию, однако с меньшей степенью чувствительности. Для вспомогательных котлов этот недостаток не столь существенный.
Позиции к рисунку: 1 - гнездо; 2 - клапан; 3 - пружина; 4 - шток клапана; 5 - рычаг подрыва.
Рис 3. Полноподъемный предохранительный клапан типа «Кокберн» является усовершенствованной конструкцией обычного предохранительного клапана, нагруженного пружиной.
Тарелки полноподъемных клапанов не имеют направляющих хвостовиков и более плотно сидят на штоках. Шток клапана проходит через направляющую втулку с отверстиями, установленную в выточке верхней части клапанной коробки. Выточка и гнездо клапана выполнены соосно. Отверстия в направляющей втулке позволяет подводить выбрасываемый пар под поршневую часть штока. С целью обеспечения дополнительного подъема под действием давления пара у тарелок клапанов прямого действия имеются выступы по периферии. Дополнительный подъем помогает преодолеть увеличение усилия сжатия пружины при начальном подъеме клапана. Дальнейший подъем пол но подъемных клапанов обеспечивается давлением пара, который действует на поршень, соединенный со штоком клапана. Давление выпускного пара препятствует подъему клапанов обычного типа, но способствует подъему полноподъемных клапанов. При работе клапана на площадку 1 поршневой части, двигающейся вертикально в плавающем кольце, действует давление выпускного пара. Плавающее кольцо удерживается в нижнем положении за счет давления выпускного пара, действующего на кольцевую площадку. В случае заклинивания поршневой части и плавающего кольца клапан остается работоспособным, так как плавающее кольцо просто поднимается вместе со штоком.
Позиции к рисунку: 1 - площадка; 2 - кольцевая площадка; 3 - плавающее кольцо; 4 - дренажное отверстие; 5 - пружина клапана; 6 - шток клапана; 7 - поршень; 8 - направляющая втулка; 9 - отверстия для пара.
Рис 4. Предохранительный клапан «Консолидэйтид» - пружинный прямого действия, рассчитанный на параметры пара до 6,2 МПа. Принцип работы следующий: четкой работе клапана на открытие и закрытие способствует наличие бустерного цилиндра. Когда клапан открыт, через каналы 4 пар поступает в камеру 3. При этом шток клапана 1 поднимается настолько, что часть его, имеющая большой диаметр, оказывается выше плавающей шайбы 2. Через зазор, образующийся между штоком клапана и плавающей шайбой 2, пар из камеры 3 стравливается в атмосферу. В момент закрытия клапана часть штока с большим диаметром входит в плавающую шайбу в ее отверстие, значительно уменьшая утечку пара из камеры (см. рис. в). Возникающее при этом кратковременное повышение давления в камере 3 вызывает дополнительное усилие, приложенное к клапану в направлении действия пружины, результатом чего является четкая посадка клапана при закрытии.
Бустерный цилиндр предохранительного клапана «Консолидэйтид»: б - открытие клапана с схемой движения пара; в - закрытие клапана и схема действия оставшегося пара на закрытие его.
Позиции к рисунку: 1 - часть штока клапана; 2 - плава¬ющая шайба; 3 - паровая камера; 4 - каналы.
Быстрому полному открытию и четкому мягкому закрытию клапана способствует также отражательное кольцо. Положение кольца по отношению к гнезду клапана является регулируемым. Кольцо выполняет две функции: во-первых, в начальный момент подъема клапана поток пара через клапан отражается кольцом и направляется на часть клапана (имеющий увеличенный диаметр) вокруг посадочной поверхности, создавая дополнительное усилие для поднятия клапана. Во-вторых, в момент закрытия клапана под действием бустерного цилиндра отражательное кольцо оказывает замедляющее действие и смягчает конечную фазу посадки клапана.
Позиции к рисунку: 1 - клапан; 2 - отражательное кольцо.
Рис 5. Предохранительные клапана типа «Лезер» часто устанавливают на вспомогательных котлах. Принцип действия клапана следующий: в результате начального открытия клапана пар с большой скоростью поступает в паровую камеру 2, оказывая давление на бронзовый диск 1 и поднимает клапан на высоту -А- - происходит выпуск пара в атмосферу. Для обеспечения максимальной расчетной высоты подъема клапана расстояние -А- должно быть не меньше Д4 (Д- диаметр гнезда клапана). Зазор -В- между нижней кромкой диска 1 и верхней кромкой паровой камеры 2 является важной величиной для эффективной работы клапана. Положение диска по отношению к кромке паровой камеры регулируют с помощью гаек на штоке при ревизии клапана. Характерные значения регулировочных зазоров приведены в таблице.
Позиции к рисунку: 1 - подъемный диск; 2 - паровая камера; 3 - стальной шарик; 4 - тарелка клапана; 5 - гнездо клапана.
Рис 6. Предохранительный клапан «Хопкинсон Хайлиф» является полноподъемным клапаном, спроектированным на рабочее давление пара до 6,2 МПа.
Принцип работы клапана следующий: при повышении давления в барабане котла выше установленного значения, клапан как и обычные клапана прямого действия, поднимается на небольшую высоту. Это начальное открытие клапана приводит к тому, что проходящий через клапан пар оказывает давление на всю поверхность нижней его части. Клапан поднимается и входит в направляющую втулку, нижняя кромка которой отклоняет пар вниз. За счет возникающего при этом реактивного усилия клапан поднимается в крайнее верхнее положение.
Пропускная способность клапана будет максимальной, если в этой конечной стадии подъема проходное сечение между гнездом и клапаном равно проходному сечению клапана. При уменьшение давления пара клапан начинает закрываться, опускаться. При выходе его из направляющей втулки исчезает реактивное усилие и клапан садится на место свободно, без стука.
Позиции к рисунку: 1 - клапан; 2 - направляющие выступы; 3 - гнездо клапана; 4 - направляющая втулка.
