Evolucija sveobuhvatnog{0}}kuglastog ventila

Kompaktan dizajn, jednostavnost upotrebe, lakoća popravke i široke mogućnosti performansi pomogli su da kuglični ventil postane dominantan dizajn u modernim industrijskim aplikacijama.

Pronalazak kugličnog ventila pokazao se kao revolucionarni razvoj za industriju ventila, pružajući brojna jedinstvena rješenja koja zadovoljavaju moderne zahtjeve kontrole protoka. Ali njegova uspješna primjena nije bila odmah evidentna.

U ranom životnom vijeku kugličnog ventila njegova obrtna sredstva i vrijednosti nisu realizovane. Nedostatak tehnologije obrade da bi se napravila zaista okrugla lopta nije postojao. A zaptivni materijali tog vremena, povezani sa upotrebom prirodnih guma, bili su vrlo ograničeni i sprečavali su da se kuglični ventil primeni u bilo kojoj značajnijoj industrijskoj upotrebi.

Tokom Drugog svjetskog rata i 1950-ih, tehnologija strojne obrade razvijena za ratne napore omogućila je uvođenje inherentnih prednosti kugličnog ventila u vojnu upotrebu. Razvoj sintetičkih materijala kao što je politetrafluoroetilen (PTFE), često poznat pod imenom teflon, otvorio je put za primjenu u industrijskom sektoru.

Danas se kuglični ventil koristi u širokom spektru aplikacija za kontrolu protoka tečnosti, gasova, pa čak i čvrstih materija. Ove aplikacije su na temperaturama koje se kreću od -450 stepeni F (-267 stepeni) do više od 1600 stepeni F (871 stepen). Pritisci mogu biti u rasponu od punog vakuuma do preko 20.000 psi.

Dizajn kugličnog ventila

Glavne komponente kuglastog ventila su tijelo, lopta, sjedišta i vretena. Ove komponente mogu biti izrađene od raznih materijala. Kuglasti ventili se nude u brojnim krajnjim priključcima, uključujući prirubničke, navojne, zavarene i podložne, kao i specijalizirane krajnje spojeve.

Osnove

Dizajni kuglastih ventila spadaju u kategoriju ventila za četvrtinu{0}}okreta, uključujući čep i leptir ventile. Ova kategorija -okretanja znači da je vreteno ventila okrenuto za 90 stepeni za rad.

Najčešći od ovih dizajna su plutajući dizajn i dizajn{0}}ugrađen na klin. Obično su dvosmjerni u zaptivanje i mogu biti orijentirani u bilo kojem položaju ili smjeru za otvaranje i zatvaranje.

Neke od osnovnih prednosti ovih kugličnih ventila u odnosu na druge dizajne uključuju:

pun port za visoku-efikasnost protoka

manji obrtni moment

širi raspon pritiska i temperature

visoka sposobnost ciklusa

superiorne brtve vretena

požarno{0}}sigurno

niži troškovi za automatizaciju.

Dizajn plutajuće kugle u početku komprimira loptu između mekih sjedišta kada je ventil sastavljen. Ovo prisiljava materijal sjedišta da hladno-teče u pore lopte, stvarajući vakuum i{2}}zaptivku pod niskim pritiskom. U zatvorenom položaju, pritisak u liniji tjera loptu u sjedište nizvodno. Ovo omogućava čvrsto zatvaranje dizajna sjedala za pritisak i temperaturu.

Plutajući dizajn je najčešći u rasponu veličina od 1/4 do 12 inča, iako neki proizvođači nude veličine do 18 inča. Veličina plutajućeg kugličnog ventila ograničena je veličinom i težinom kugle, te momentom potrebnim da se rotira kako se veličina povećava.

Dizajni postavljeni na klip{0}} rade upravo suprotno od plutajućeg dizajna. U dizajnu osovine, lopta ne može plutati, već je čvrsto smještena uz stablo na vrhu i osovinu ili osovinu, koristeći ležajeve na dnu. Sjedala se pritiskaju na loptu pomoću opruge ili opruga kako bi se razvila početna brtva niskog{3}}pritiska.

Sjedala klipnog ventila su dizajnirana sa zaptivkama koje se -napajaju procesom, s povećanjem pritiska koji tjera uzvodno sjedište jače u kuglu. Ovo omogućava čvrsto zatvaranje dizajna sjedala za pritisak i temperaturu.

Dizajn klipova obično preuzima mjesto gdje primjena dizajna plutajuće kugle prestaje i može se naći u rasponu veličina od 3-72 inča. Prednost ovog dizajna ventila postaje očigledna kako veličina ventila raste.

Težina kugle i radni moment nisu faktori, jer sjedišta u spojnom ventilu ne podržavaju loptu. To znači da se sjedišta klinastog ventila mogu specijalizirati za brtvljenje kugle, omogućavajući mnogo veće ventile sa manjim aktiviranjem nego što se može napraviti u bilo kojoj vrsti plutajućeg dizajna.

Tijelo

Tijelo kuglastog ventila može se lijevati, kovati ili strojno obrađivati ​​od gotovo svih mogućih metala. To je zbog jednostavnog i kompaktnog dizajna kuglastog ventila. Primjenjivi metali uključuju:

Obojeni materijali{0}, kao što su mesing, bronza i aluminijum

Metali na bazi željeza{0}}, uključujući željezo, ugljični čelik i nehrđajući čelik

Metali na bazi nikla, koji uključuju Hastelloy, Inconel i nikl

Reaktivni metali, uključujući titanijum, tantal i cirkonijum.

Kuglasti ventili se također izrađuju od raznih vrsta plastike i polimera, uključujući PVC, polietilen i polipropilen. Kuglasti ventili također mogu biti obloženi polimerima i plastikom, a mogu biti izrađeni od ili obloženi keramikom kao što su aluminij i cirkonij.

Osnovni dizajn tijela ventila u Sjedinjenim Državama zadovoljava smjernice ASME (American Society of Mechanical Engineers) standarda B16.34. Ovi standardi određuju debljinu zidova, nivoe naprezanja i druge parametre u vezi sa odnosom pritiska{2}}temperature za većinu legura željeza.

Smjernice B16.10 također specificiraju prihvatljive dimenzije mnogih klasa ventila, kao što su industrijski-specifični standardi kao što je API (American Petroleum Institute) standard 6D za cevovodne ventile i API 608, "Metalni kuglični ventili-prirubnički, navojni i krajevi za zavarivanje." Ove specifikacije kontroliraju dimenzije, materijale i primjenu kako bi se osiguralo da dizajn ventila ostaje dosljedan od proizvođača do proizvođača i siguran za namjeravanu primjenu.

Kuglasti ventili u vodovodnoj službi pokriveni su standardom AWWA (American Waterworks Association), C507-18, "Kuglasti ventili, 6 in. Do 60 in. (150 mm do 1500 mm)."

Mnoge druge zemlje imaju nacionalne standarde, a nekoliko organizacija neguje i međunarodne standarde. Proizvođači ventila koji žele ući na globalno tržište moraju se pridržavati standarda ISO (Međunarodna organizacija za standardizaciju), PED (Evropska komisija - Direktiva o opremi pod pritiskom), CE (PED) i ATEX (Bureau Veritas), među mnogim drugim standardima koji postoje, kao što su Kina i Rusija. Ispunjavanje ovih standarda postalo je mandat za trgovinu sa Evropskom unijom, kao i JIS standarda za Japan i sličnih zahtjeva drugdje.

Druge uobičajene specifikacije za ocjenu kugličnih ventila uključuju WOG (voda/ulje/plin), CWP (hladni radni tlak) i WSP (radni tlak pare). Ove ocjene su ograničenije i obično ih utvrđuje pojedinačni proizvođač. Sve ove specifikacije će uspostaviti krivulju pritisak/temperatura za dizajn ventila, koji smanjuje ocjenu tlaka kako temperatura raste.

Dizajn karoserije podijeljen je u četiri osnovne konfiguracije:

Tri{0}}komada se zamahne. Tijelo je dizajnirano u tri dijela sa mogućnošću da se središnji dio tijela lako izvuče iz linije radi popravke bez uklanjanja cijelog ventila. Ovo je zgodno kada su ventili navojni ili zavareni u cjevovod.

Završi unos. Ovaj dizajn koristi jednodijelni-dizajn ili jednodijelni dizajn. Sve unutrašnje komponente se sklapaju u ventil kroz kraj, gdje je ugrađen završni čep za zadržavanje dijelova. Ovaj dizajn eliminira bilo koji oblik zaptivke tijela ili poklopca motora, eliminirajući potencijalni put curenja.

Split Body. Ovaj dizajn (Slika 5), ​​kao što naziv govori, dijeli tijelo na dvije polovine i omogućava jednostavnu montažu i jednu brtvu tijela manje od trodijelnog dizajna.

Ovaj dizajn podijeljenog tijela je posebno povoljan kada je veličina ventila velika, što olakšava montažu velikih komponenti.

Top Entry. Dizajn gornjeg ulaza koristi jednodijelno- tijelo poput krajnjeg ulaza, osim što je gornji dio tijela izložen kako bi se sastavili unutrašnji dijelovi. Poklopac je zatim pričvršćen vijcima na vrhu ventila, što ovaj dizajn čini popravljivim u-liniji, slično trodijelnom dizajnu-. Najčešći dizajni gornjih ulaza su jedinstveni za dizajne kuglastih ventila, jer kugla i sjedišta plutaju i djeluju unisono i na suženju unutar tijela, za razliku od drugih dizajna.

The Ball

Element kontrole protoka kugličnog ventila je, naravno, lopta. Kugla djeluje na sjedište i može zaustaviti ili kontrolirati protok kroz ventil. Lopte su dizajnirane i proizvedene prema preciznim tolerancijama za završnu obradu površine i sferoznost, odnosno zaobljenost. I kugla i sjedište su kritični za nesmetan rad, smanjen obrtni moment i dobre performanse zaptivanja, posebno kada su potrebna metalna sjedišta i metal-na-brtvljenje. Konfiguracija kuglastog otvora može varirati od standardnog pravog i kroz-stila otvora do više-stila otvora za kuglaste ventile koji nude trosmjerni- do pet- dizajn otvora. Dok većina dizajna kuglastih ventila koristi potpunu sferičnu kuglu, postoje i dizajni koji koriste polukuglu (sektor) i oni koji koriste bregasto djelovanje za prisiljavanje kuglice u sjedište.

Kuglice koje se koriste u ventilima su obrađene od mnogih materijala, uključujući metal, keramiku ili plastiku. Metalne kuglice mogu se poboljšati raznim premazima ili površinskim tretmanima. Koriste se da obezbede poboljšanu otpornost na habanje, otpornost na koroziju ili visoku tvrdoću kako bi se sprečilo nagrizanje, gde se osnovni metal ne zadržava.

Poboljšanja površine mogu uključivati ​​polimere, raspršivanje plamena, nikl bez elektronike, PVD premaze i procese difuzije kao što su primjena nitrida i borida. Ova poboljšanja su glavni razlog za uspješnu primjenu kugličnih ventila u širokom spektru primjena u kojima se trenutno koriste.

Seats

Poboljšanje dizajna i tehnologije sjedala omogućilo je da se kuglični ventil proširi na široku lepezu primjena. Ova sjedišta mogu imati više funkcija, ovisno o dizajnu ventila i materijalu sjedišta.

Moraju da obezbede čvrsto zatvaranje u slučaju elastičnih materijala, kao i da podrže lopticu u dizajnu plutajućih loptica, da se odupru radu i da obezbede dobar životni vek. Sedišta takođe mogu da sadrže karakteristične priključke za potrebe kontrole protoka.

Dizajni mekih sjedišta se obično nazivaju "jam" dizajni koji pružaju puni-kontakt licem kada su sklopljeni, ili kao fleksibilni dizajni usana koji imaju smanjen kontakt licem za manji obrtni moment i poboljšani vijek trajanja.

Različiti dizajni karoserije će koristiti ove ili varijacije osnovnog dizajna mekog sjedala. Dizajni mnogih proizvođača takođe pružaju neki oblik rasterećenja pritiska u šupljini, sprečavajući oštećenje sjedišta i ventila u slučaju zarobljenog pritiska u šupljini od medija zarobljenog u zatvorenom ventilu.

Mekani materijali sjedala koji se danas koriste uključuju, ali nisu ograničeni na:

Gume, uključujući neopren i Buna

Fluoropolimeri, uključujući PTFE, TFM, PBI i PFA

UHMWPE (ultra-polietilen visoke molekularne težine)

PEEK (polieter keton)

Delrin

Najlon

Metalni dizajn sjedišta se koristi u kuglastim ventilima za rukovanje najtežim primjenama, uključujući visok pritisak, visoku temperaturu, abrazivnost i kontrolu protoka.

U upotrebi su mnogi dizajni metalnih sjedala, od kojih najčešći uključuju sjedišta od čvrstog metala, površinski očvrsnuta ili obložena, i preklopljena na kuglu koja je na sličan način kaljena. Ovo odgovara površini lopte i sjedišta kako bi se uticalo na dobro zaptivanje.

Ostali dizajni uključuju sinterirani metal impregniran grafitom ili PTFE, pa čak i neke fleksibilne dizajne. Elastična sjedišta moraju biti nepropusna-, ali većina ventila sa metalnim sjedištima ima dozvoljeno određeno curenje prema specifikacijama curenja metalnih-kuglastih ventila sa sjedištem. Najčešći od ovih specifikacija su MSS-SP-61 i API 598. Ostale specifikacije koje se obično primjenjuju na kuglaste ventile s metalnim sjedištem uključuju FCI 70.2 i API standarde.

Većina metalnih{0}}konstrukcija sa plutajućim loptama koristi opruge i/ili zaptivke da pritisnu sjedišta na lopticu i zapečate stražnju stranu sjedišta za niske pritiske. Lopta lebdi na donjem sjedalu kako se pritisak povećava, osiguravajući zatvaranje dizajna sjedišta za pritisak i temperaturu, slično djelovanju verzije sa mekim{2}}sjedilom.

U dizajnu klinova, opruge i često nekoliko zaptivki se koriste za hvatanje pritiska u liniji, primoravajući sjedišta jače na kuglu kako se pritisak povećava. Neki proizvođači čak obrađuju površinu sjedišta u tijelo ventila, eliminišući opruge i zaptivke u jednom smjeru. To, međutim, obično rezultira jednosmjernim radom ventila.

Stabljike

Stabljika se koristi u kuglastom ventilu za rotaciju lopte u otvoreni ili zatvoreni položaj, ili u srednji položaj za kontrolu protoka. Materijali koji se razmatraju za stabljike moraju izdržati više od pritiska tijela, lopte ili sjedišta. Moraju se oduprijeti koroziji i temperaturi procesa dok zadržavaju dovoljnu snagu da izdrže moment koji im se primjenjuje kada se ventil radi. Iz tog razloga, materijali veće čvrstoće i{3}}otporni na koroziju obično se biraju za proizvodnju stabljike.

Kako je stabljika veza s loptom, ona mora proći kroz tijelo kako bi se njome moglo upravljati spolja. To zahtijeva da vreteno ima zaptivke kako bi se spriječilo curenje medija iz ventila. Zaptivke moraju da zatvaraju mjehuriće-nepropusno, da izdrže koroziju tečnosti i temperaturu i da pružaju dobar vijek trajanja.

Tipični materijali za brtvljenje stabla uključuju polimere kao što su PTFE i PEEK. Za veće temperature ili sigurnost od požara, tipično se koriste grafitne zaptivke. Ovi materijali ostaju fleksibilni u širokim temperaturnim rasponima i hemijski su otporni. U vatrogasnim{3}}ventilima, zaptivke moraju preživjeti požar bez curenja.

Dizajn rotacionih -okretnih ventila kao što je kuglasti ventil imaju zaptivače sa najboljim-izvedbama. To je zbog toga što se stabljika kreće u rotacionom kretanju, za razliku od rastućeg pokreta stabla koji se nalazi u zasunima i globusnim ventilima. Uz današnju brigu o okolišu i propise, performanse brtve vretena su kritične za proizvođače ventila i krajnje{4}}korisnike.

Dizajni zaptivki vretena spadaju u dvije osnovne kategorije: zaptivke sa-naponom na vretenu i zaptivke sa naponom za tijelo{1}}. Ovi dizajni koriste mnogo različitih tipova brtvi, od kojih su najčešći ravni prstenovi, ševron, čaša i konus i monolitni elementi.

Stem Energized.U ovom dizajnu obično postoji više brtvenih prstenova. Neki od njih su unutar granice pritiska tijela ventila koja postaje primarna zaptivka, a drugi su izvan granice tlaka u onome što se naziva kutija za "pakovanje" ili "punjenje".

Ove zaptivke su komprimirane ili pod naponom djelovanjem povlačenja na vretenu pomoću matice vretena, koja istovremeno komprimira gornje zaptivke s držačem za zaptivanje. Većina ovih dizajna uključuje Belleville opruge za živo opterećenje zaptivki. Ovo čini da se sklop zaptivke vretena samostalno-podešava i kompenzuje temperaturu, omogućavajući duži vijek trajanja prije nego što je potrebno ponovno podešavanje.

Body Energized.U ovom dizajnu, zaptivanje se postiže iznad granice pritiska u kutiji za punjenje, opet pomoću jednog ili više zaptivnih prstenova. Neki proizvođači mogu koristiti potisni ležaj na vretenu ispod granice pritiska, ali tamo se zapravo ne vrši zaptivanje.

Ove zaptivke se opterećuju pomoću "jarmova" ili "ploče za brtvljenje", komprimirajući zaptivke u kutiji za punjenje pomoću vijaka uvučenih u tijelo. Dizajn obično koristi višestruke Belleville opruge na vijcima da ponovo "izdrže opterećenje" ploče žlijezde, čineći zaptivku vretena -samopodešavajućim.

Prednost ovog dizajna je u tome što vreteno slobodno lebdi unutar brtvi, smanjujući obrtni moment i povećavajući vijek trajanja zaptivke. Ovaj dizajn također omogućava ugradnju "fugitivnih emisija" dizajna, koji koriste više setova zaptivki, stvarajući dodatne ili redundantne zaptivke za toksične i-ciklične primjene.

Prijave

Sa naprednim dizajnom i materijalima koji se nude u modernim kuglastim ventilima, oni se koriste u mnogim uslugama i industrijama. Uspjeh u ovim aplikacijama ovisi o ispravnim specifikacijama svih ovih dizajna i komponenti o čemu se raspravljalo.

Dizajn lopti nije ograničen na on/off servis. Mogu se koristiti za preusmjeravanje, kontrolu ili miješanje tokova. Različite funkcije se mogu postići posedovanjem više portova za preusmeravanje i mešanje, ili posedovanjem karakterisanog porta, kao što je V- port, za kontrolu protoka.

Korištenje kontrolnog kuglastog ventila za četvrtinu-okretanja postaje sve češće u aplikacijama za kontrolu protoka sa umjerenim-padom pritiska. To je zbog prednosti procesa niže cijene, čvrstog zatvaranja i visoke preciznosti u kombinaciji s digitalnim kontrolama na električnom i pneumatskom pokretanju.

Postoje i posebni dizajni kuglastih ventila za jedinstvene primjene. To mogu uključivati ​​ventile za kriogenu upotrebu, koji moraju podnijeti ekstremno niske temperature, i ventile za paru visokog{1}}pritiska, koji moraju podnijeti ekstremno visoke temperature i pritiske.

Ostale primjene kuglastih ventila uključuju njihovu upotrebu u industrijama kao što su farmaceutska, zrakoplovna, nuklearna, biotehnološka i celuloza i papir. Primene u kojima se koriste uključuju kiseline i hemikalije, muljke, termalne fluide, paru i kriogene.

Zaključak

Kompaktan dizajn, jednostavnost upotrebe, lakoća popravke i široke mogućnosti performansi pomogli su da kuglični ventil postane dominantan dizajn u modernim industrijskim aplikacijama. Kuglasti ventili nastavljaju da se razvijaju kako bi zadovoljili nove i teže zahtjeve.

Industrijski sektor sve veći naglasak stavlja na sigurnost, okoliš, poboljšanu efikasnost i smanjenje troškova. Stoga će imovina kugličnog ventila nastaviti da ga čini važnim igračem sa mnogim budućim ulogama.