Evolúcia celého-guľového ventilu
Kompaktný dizajn, jednoduchosť použitia, jednoduchá oprava a široké možnosti výkonu pomohli urobiť z guľového ventilu dominantný dizajn v moderných priemyselných aplikáciách.
Vynález guľového ventilu sa ukázal ako revolučný vývoj pre priemysel ventilov, ktorý poskytuje množstvo jedinečných riešení, ktoré spĺňajú moderné požiadavky na riadenie prietoku. Jeho úspešná aplikácia však nebola okamžite zrejmá.
Na začiatku životnosti guľového ventilu neboli realizované jeho súčasné aktíva a hodnoty. Neexistoval nedostatok technológie obrábania na výrobu skutočne okrúhlej gule. A tesniace materiály tej doby, spojené s používaním prírodných kaučukov, boli veľmi obmedzené a bránili použitiu guľového ventilu na akékoľvek významné priemyselné použitie.
Počas druhej svetovej vojny a do 50-tych rokov minulého storočia technológia obrábania vyvinutá pre vojnové úsilie umožnila zavedenie základných výhod guľového ventilu do vojenského použitia. Vývoj syntetických materiálov, ako je polytetrafluóretylén (PTFE), často známy pod značkou teflón, vydláždil cestu pre priemyselné aplikácie.
Dnes sa guľový ventil používa v širokej škále aplikácií na riadenie prietoku kvapalín, plynov a dokonca aj pevných látok. Tieto aplikácie sú pri teplotách v rozsahu od -450 stupňov F (-267 stupňov) do viac ako 1600 stupňov F (871 stupňov). Tlak sa môže pohybovať od plného vákua až po viac ako 20 000 psi.
Dizajn guľového ventilu
Hlavnými komponentmi guľového ventilu sú telo, guľa, sedlá a driek. Tieto komponenty môžu byť vyrobené zo širokej škály materiálov. Guľové ventily sú ponúkané s mnohými koncovými pripojeniami, vrátane prírubových, závitových, zvarových a doštičiek, ako aj so špecializovanými koncovými pripojeniami.
Základy
Konštrukcie guľových ventilov spadajú do štvrť{0}}otáčkové kategórie ventilov vrátane zátkových a škrtiacich ventilov. Táto štvrť-kategória otáčky znamená, že driek ventilu je pri prevádzke otočený o 90 stupňov.
Najbežnejšími z týchto prevedení sú plávajúci dizajn a čap{0}}namontovaný dizajn. Zvyčajne sú obojsmerné v tesnení a môžu byť orientované v akejkoľvek polohe alebo smere pri otváraní a zatváraní.
Niektoré zo základných výhod, ktoré majú tieto guľové ventily oproti iným konštrukciám, zahŕňajú:
plný port pre vysokú-efektívnosť toku
nižší krútiaci moment
širší rozsah tlaku a teplôt
schopnosť vysokého cyklu
vynikajúce tesnenia drieku
protipožiarne-bezpečné
nižšie náklady na automatizáciu.
Konštrukcia plávajúcej gule spočiatku stláča guľu medzi mäkké sedlá, keď je ventil zostavený. To núti materiál sedadla, aby zachladol-do pórov lopty, čím sa vytvorí vákuum a nízkotlakové-tesnenie. V zatvorenej polohe tlak v potrubí tlačí guľu do sedla po prúde. To zabezpečuje tesné uzavretie tlaku a teploty sedadla.
Plávajúci dizajn je najbežnejší v rozsahu veľkostí od 1/4 do 12 palcov, hoci niektorí výrobcovia ponúkajú veľkosti až 18 palcov. Veľkosť plávajúceho guľového ventilu je obmedzená veľkosťou a hmotnosťou gule a krútiacim momentom potrebným na jej otáčanie pri zväčšovaní veľkosti.
Konštrukcie namontované na čapoch-fungujú presne opačne ako plávajúce konštrukcie. V konštrukcii čapu sa guľa nemôže vznášať, ale je pevne umiestnená na drieku na vrchu a hriadeľom alebo čapom pomocou ložísk na dne. Sedlá sú stlačené proti guľôčke pomocou pružiny alebo pružín, aby sa vytvorilo počiatočné tesnenie s nízkym-tlakom.
Čapové sedlá ventilov sú navrhnuté s tesneniami tak, aby boli napájané z procesu-, pričom rastúci tlak tlačí predné sedlo silnejšie do gule. To zabezpečuje tesné uzavretie tlaku a teploty sedadla.
Konštrukcie čapu sa zvyčajne presadzujú tam, kde aplikácia dizajnu plávajúcej gule končí a možno ich nájsť v rozsahu veľkostí od 3 do 72 palcov. Výhoda tejto konštrukcie ventilu sa prejaví s rastúcou veľkosťou ventilu.
Hmotnosť gule a prevádzkový krútiaci moment nie sú faktormi, pretože sedlá v čapovom ventile nepodporujú guľu. To znamená, že sedlá otočných ventilov sa môžu špecializovať na utesnenie gule, čo umožňuje oveľa väčšie ventily s menším ovládaním, ako je možné vyrobiť v akomkoľvek type plávajúcej konštrukcie.
Telo
Teleso guľového ventilu môže byť odliate, kované alebo opracované z takmer každého mysliteľného kovu. Je to spôsobené jednoduchým a kompaktným dizajnom guľového ventilu. Použiteľné kovy zahŕňajú:
Neželezné-železné, ako napríklad mosadz, bronz a hliník
Železné-kovy vrátane železa, uhlíkovej ocele a nehrdzavejúcej ocele
kovy-na báze niklu, medzi ktoré patria Hastelloy, Inconel a nikel
Reaktívne kovy vrátane titánu, tantalu a zirkónu.
Guľové ventily sa vyrábajú aj z rôznych plastov a polymérov vrátane PVC, polyetylénu a polypropylénu. Guľové ventily môžu byť tiež obložené polymérmi a plastmi a môžu byť vyrobené z alebo obložené keramikou, ako je oxid hlinitý a zirkón.
Základná konštrukcia telies ventilov v Spojených štátoch spĺňa normy ASME (American Society of Mechanical Engineers) B16.34 smernice. Tieto normy určujú hrúbku stien, úrovne napätia a ďalšie parametre v spojení so vzťahmi tlaku-teploty pre väčšinu zliatin železa.
Pokyny B16.10 tiež špecifikujú prijateľné rozmery mnohých tried ventilov, ako sú napríklad priemyselné-štandardy, ako je štandard API (American Petroleum Institute) 6D pre potrubné ventily a API 608, „Kovové guľové ventily{4}}prírubové, závitové a zváracie konce“. Tieto špecifikácie riadia rozmery, materiály a aplikácie, aby sa zabezpečilo, že konštrukcia ventilu zostane konzistentná od výrobcu k výrobcovi a je bezpečná pre zamýšľanú aplikáciu.
Guľové ventily vo vodárenských službách sú pokryté štandardom AWWA (Americká asociácia vodární), C507-18, "Guľové ventily, 6 palcov až 60 palcov (150 mm až 1500 mm)."
Mnohé ďalšie krajiny majú národné normy a niekoľko organizácií podporuje aj medzinárodné normy. Výrobcovia ventilov, ktorí chcú vstúpiť na globálny trh, musia spĺňať normy ISO (Medzinárodná organizácia pre normalizáciu), PED (smernica Európskej komisie o tlakových zariadeniach -), CE (PED) a ATEX (Bureau Veritas), okrem mnohých iných noriem, ktoré existujú, napríklad v Číne a Rusku. Splnenie týchto noriem sa stalo mandátom pre obchod s Európskou úniou, ako aj noriem JIS pre Japonsko a podobných požiadaviek inde.
Ďalšie bežné špecifikácie pre hodnotenie guľových ventilov zahŕňajú WOG (voda/olej/plyn), CWP (pracovný tlak za studena) a WSP (pracovný tlak pary). Tieto hodnotenia sú obmedzenejšie a zvyčajne ich stanovuje individuálny výrobca. Všetky tieto špecifikácie vytvoria krivku tlak/teplota pre konštrukciu ventilu, ktorá znižuje menovitý tlak, keď teplota stúpa.
Dizajn karosérie je rozdelený do štyroch základných konfigurácií:
Tri{0}}dielne hojdačky. Teleso je navrhnuté v troch kusoch s možnosťou ľahkého vyklopenia stredovej časti tela z linky na opravu bez toho, aby ste museli demontovať celý ventil. To je praktické, keď sú ventily naskrutkované alebo privarené do potrubia.
Ukončiť vstup. Tento dizajn používa jedno-dielne alebo jednodielne prevedenie. Všetky vnútorné komponenty sú namontované do ventilu cez koniec, kde je nainštalovaná koncová zátka na uchytenie častí. Tento dizajn eliminuje akúkoľvek formu tesnenia karosérie alebo kapoty, čím eliminuje potenciálnu cestu úniku.
Delené telo. Tento dizajn (obrázok 5), ako už názov napovedá, rozdeľuje telo na dve polovice a umožňuje jednoduchú montáž a o jedno tesnenie tela menej ako trojdielny dizajn.
Táto konštrukcia deleného telesa je obzvlášť výhodná, keď je veľkosť ventilu veľká, čo uľahčuje montáž veľkých komponentov.
Horný záznam. Konštrukcia horného vstupu využíva telo z jedného-kusu ako koncový vstup, ale horná časť tela je odkrytá, aby bolo možné zostaviť vnútorné časti. Na vrchnú časť ventilu je potom priskrutkovaná kapota, vďaka čomu je tento dizajn opraviteľný v-línii, podobne ako trojdielny dizajn. Najbežnejšie konštrukcie s horným vstupom sú jedinečné pre konštrukcie guľových ventilov, pretože guľa a sedlá plávajú a fungujú jednotne a na kužeľ v tele, na rozdiel od iných dizajnov.
The Ball
Regulačným prvkom prietoku guľového ventilu je samozrejme guľa. Guľa pôsobí proti sedlu a môže zastaviť alebo regulovať prietok cez ventil. Guľôčky sú navrhnuté a vyrobené s presnými toleranciami pre povrchovú úpravu a guľatosť alebo guľatosť. Guľa aj sedlo sú rozhodujúce pre plynulú prevádzku, znížený krútiaci moment a dobrý tesniaci výkon, najmä ak sa vyžadujú kovové sedlá a tesnenie -na{4}}kov. Konfigurácia guľového portu sa môže líšiť od štandardného rovného a priechodného -štýlu otvorov až po štýl s viacerými{7}}portmi pre guľové ventily, ktoré ponúkajú troj- až päť{9}}cestné konštrukcie portov. Zatiaľ čo väčšina návrhov guľových ventilov používa plnú guľovú guľu, existujú aj návrhy, ktoré používajú polovičnú guľôčku (sektor) a tie, ktoré používajú vačkovú akciu na zatlačenie gule do sedla.
Guľôčky používané vo ventiloch sú vyrobené z mnohých materiálov vrátane kovu, keramiky alebo plastu. Kovové gule môžu byť vylepšené rôznymi nátermi alebo povrchovými úpravami. Používajú sa na zlepšenie odolnosti proti opotrebeniu, odolnosti proti korózii alebo vysokej tvrdosti, aby sa zabránilo zadretiu, čo je miesto, kde základný kov nedrží.
Povrchové vylepšenia môžu zahŕňať polyméry, nástreky plameňom, bezprúdový nikel, PVD povlaky a difúzne procesy, ako je nanášanie nitridov a boridov. Tieto vylepšenia sú hlavným dôvodom úspešnej aplikácie guľových ventilov v širokej škále aplikácií, v ktorých sa v súčasnosti používajú.
Sedadlá
Vylepšenie dizajnu sedla a technológie umožnilo guľovému ventilu rozšíriť sa do širokého spektra aplikácií. Tieto sedlá môžu poskytovať viacero funkcií v závislosti od konštrukcie ventilu a materiálu sedla.
Musia poskytovať tesné uzatvorenie v prípade pružných materiálov, ako aj podporovať loptičku v dizajne plávajúcej gule, odolávať prevádzke a poskytovať dobrú životnosť. Sedadlá môžu tiež obsahovať charakteristické porty na účely riadenia toku.
Mäkké konštrukcie sedadiel sa bežne označujú ako „zaseknuté“ konštrukcie, ktoré poskytujú-celý kontakt s tvárou, keď sú zostavené, alebo ako konštrukcie flexibilných pier, ktoré majú znížený kontakt s tvárou pre nižší krútiaci moment a dlhšiu životnosť.
Rôzne konštrukcie karosérie budú využívať tieto alebo variácie základného dizajnu mäkkého sedadla. Návrhy mnohých výrobcov tiež poskytujú určitú formu uvoľnenia tlaku v dutine, čím sa zabráni poškodeniu sedla a ventilu v prípade zachytenia tlaku v dutine z média zachyteného v uzavretom ventile.
Mäkké materiály sedadiel používané v súčasnosti zahŕňajú, ale nie sú obmedzené na:
Gumy, vrátane neoprénu a Buna
Fluórpolyméry vrátane PTFE, TFM, PBI a PFA
UHMWPE (ultra-polyetylén s vysokou molekulovou hmotnosťou)
PEEK (polyéteréterketón)
Delrin
Nylon
Kovové sedlá sa používajú v guľových ventiloch na zvládnutie najnáročnejších aplikácií, vrátane vysokého tlaku, vysokej teploty, abrazivity a riadenia prietoku.
Používa sa mnoho dizajnov kovových sedadiel, z ktorých najbežnejšie obsahujú sedlá z pevného kovu, povrchovo tvrdené alebo potiahnuté a lapované do gule, ktorá bola podobne tvrdená. To zodpovedá povrchu lopty a sedadla, aby sa dosiahlo dobré utesnenie.
Ďalšie vzory zahŕňajú spekaný kov impregnovaný grafitom alebo PTFE a dokonca aj niektoré flexibilné vzory. Od pružných sediel sa vyžaduje, aby boli bublinkové-tesné, no väčšina ventilov s kovovými sedlami má povolený určitý únik podľa miery netesnosti guľových ventilov s kovovým sedlom-. Najbežnejšie z týchto špecifikácií sú MSS-SP-61 a API 598. Medzi ďalšie špecifikácie, ktoré sa bežne používajú na guľové ventily s kovovým sedlom, patria normy FCI 70.2 a API.
Väčšina konštrukcií s plávajúcimi guľôčkami- s kovovým sedlom používa pružiny a/alebo tesnenia na pritlačenie sediel ku gule a na utesnenie zadnej strany sedla pre nízke tlaky. Guľa pláva proti sedlu v smere prúdenia, keď sa tlak zvyšuje, čím sa zabezpečí vypnutie v závislosti od tlaku a teploty sedadla, podobne ako pri verzii s mäkkým-sedadlom.
V konštrukciách čapu sa na zachytenie tlaku v potrubí používajú pružiny a často aj niekoľko tesnení, ktoré pri zvyšovaní tlaku tlačia sedadlá tvrdšie na guľu. Niektorí výrobcovia dokonca obrábajú dosadaciu plochu do tela ventilu, čím eliminujú pružiny a tesnenia v jednom smere. To však typicky vedie k jednosmernej prevádzke ventilu.
Stonky
Vreteno sa používa v guľovom ventile na otáčanie gule do otvorenej alebo zatvorenej polohy alebo do medzipolohy na riadenie prietoku. Materiály uvažované pre predstavce musia odolať viac než len tlaku tela, lopty alebo sediel. Musia odolávať korózii a teplote procesu a zároveň si zachovať dostatočnú pevnosť, aby odolali krútiacemu momentu, ktorý na ne pôsobí, keď je ventil v prevádzke. Z tohto dôvodu sa na výrobu drieku zvyčajne vyberajú materiály s vyššou pevnosťou a koróziou-.
Keďže driek je spojením s loptou, musí prejsť cez telo, aby sa dal ovládať zvonka. To si vyžaduje, aby vreteno malo tesnenia, aby sa zabránilo úniku média z ventilu. Tesnenia musia tesne tesniť bubliny-, odolať korózii kvapaliny a teplote a poskytovať dobrú životnosť.
Typické materiály tesnenia drieku zahŕňajú polyméry ako PTFE a PEEK. Pre vyššie teploty alebo požiarnu bezpečnosť sa zvyčajne používajú grafitové tesnenia drieku. Tieto materiály zostávajú flexibilné v širokom rozsahu teplôt a sú chemicky odolné. V protipožiarnych-utesnených ventiloch musia tesnenia prežiť požiar bez úniku.
Dizajn otočných štvrť{0}}otočných ventilov, ako je guľový ventil, má najlepšie-výkonné tesnenia vretena. Je to spôsobené rotačným pohybom drieku na rozdiel od stúpajúceho pohybu drieku, ktorý sa nachádza v hradlových a guľových ventiloch. Pri dnešných environmentálnych obavách a nariadeniach je výkon tesnenia vretena rozhodujúci pre výrobcov ventilov a koncových-používateľov.
Dizajn tesnení vretena spadá do dvoch základných kategórií: tesnenia vretena-napájané energiou a tesnenia{1}}poháňané telom. Tieto návrhy používajú mnoho rôznych typov tesnení, pričom najbežnejšie sú ploché prstence, šípka, miska a kužeľ a monolitické prvky.
Stem Energized.V tomto prevedení je zvyčajne viacero tesniacich krúžkov. Niektoré z nich sú vo vnútri tlakovej hranice telesa ventilu, ktorá sa stáva primárnym tesnením, a iné sú mimo tlakovej hranice v takzvanej „baliacej“ alebo „plniacej“ krabici.
Tieto tesnenia sú stlačené alebo napájané pôsobením ťahania vretena nahor pomocou matice vretena, ktorá súčasne stláča horné tesnenia pomocou plniaceho prvku. Väčšina z týchto návrhov obsahuje pružiny Belleville na živé zaťaženie tesnení. Vďaka tomu sa zostava tesnenia vretena sama-nastavuje a kompenzuje teplotu, čo umožňuje dlhšiu životnosť cyklu pred potrebou opätovného nastavenia.
Telo nabité energiou.V tejto konštrukcii sa tesnenie vykonáva nad hranicou tlaku v upchávke, opäť pomocou jedného alebo viacerých tesniacich krúžkov. Niektorí výrobcovia môžu použiť axiálne ložisko na stonke pod hranicou tlaku, ale tam sa v skutočnosti žiadne tesnenie nevykonáva.
Tieto tesnenia sa zaťažujú pomocou "jarma" alebo "dosky upchávky", stláčaním tesnení v upchávke pomocou skrutiek naskrutkovaných do tela. Konštrukcia zvyčajne využíva viacero pružín Belleville na skrutkách na opätovné „živé zaťaženie“ dosky upchávky, vďaka čomu sa tesnenie vretena samo-nastaví.
Výhodou tejto konštrukcie je, že vreteno sa môže voľne vznášať v tesneniach, čím sa znižuje krútiaci moment a zvyšuje sa životnosť tesnenia vretena. Tento dizajn tiež umožňuje začlenenie dizajnov „prchavých emisií“, ktoré využívajú viacero sád tesnení, čím sa vytvárajú dodatočné alebo nadbytočné tesnenia pre toxické a-cyklické aplikácie.
Aplikácie
Vďaka pokrokovým dizajnom a materiálom ponúkaným v moderných guľových ventiloch sa používajú v mnohých službách a odvetviach. Úspech v týchto aplikáciách závisí od správnej špecifikácie všetkých týchto návrhov a komponentov, ako je uvedené.
Dizajn loptičiek nie je obmedzený na službu zapnutia/vypnutia. Môžu byť použité na presmerovanie, riadenie alebo zmiešavanie tokov. Rôzne funkcie je možné dosiahnuť pomocou viacerých portov na odvádzanie a miešanie alebo pomocou charakteristického portu, ako je port V- na riadenie toku.
Štvrť{0}}otáčkové používanie guľového ventilu s reguláciou je čoraz bežnejšie v aplikáciách riadenia prietoku s miernym{1}}poklesom tlaku. Je to spôsobené výhodami procesu nižšími nákladmi, tesným uzavretím a vysokou presnosťou v spojení s digitálnym ovládaním elektrického a pneumatického ovládania.
Existujú aj špeciálne konštrukcie guľových ventilov pre jedinečné aplikácie. Môžu to byť ventily pre kryogénnu prevádzku, ktoré musia zvládať extrémne nízke teploty, a ventily pre-vysokotlakovú paru, ktoré musia zvládať extrémne vysoké teploty a tlaky.
Iné aplikácie guľových ventilov zahŕňajú ich použitie vo farmaceutickom, leteckom, jadrovom, biotechnologickom a papierenskom priemysle. Aplikácie, kde sa používajú, zahŕňajú kyseliny a chemikálie, kaly, termálne kvapaliny, paru a kryogeniku.
Záver
Kompaktný dizajn, jednoduchosť použitia, jednoduchá oprava a široké možnosti výkonu pomohli urobiť z guľového ventilu dominantný dizajn v moderných priemyselných aplikáciách. A guľové ventily sa naďalej vyvíjajú, aby splnili nové a náročnejšie požiadavky.
Priemyselný sektor kladie čoraz väčší dôraz na bezpečnosť, životné prostredie, vyššiu efektivitu a znižovanie nákladov. Prednosti guľového ventilu teda z neho urobia dôležitého hráča s mnohými budúcimi úlohami.