Еволуција свеобухватног{0}}обухватног кугличног вентила
Компактан дизајн, једноставност употребе, лакоћа поправке и широке могућности перформанси помогли су да куглични вентил постане доминантан дизајн у модерним индустријским апликацијама.
Проналазак кугличног вентила се показао као револуционарни развој за индустрију вентила, пружајући бројна јединствена решења која испуњавају савремене захтеве контроле протока. Али његова успешна примена није била одмах очигледна.
На почетку животног века кугличног вентила његова обртна средства и вредности нису реализоване. Недостатак технологије машинске обраде да се направи заиста округла лопта није постојао. А заптивни материјали тог времена, повезани са употребом природне гуме, били су веома ограничени и спречавали су да се куглични вентил примени у било којој значајнијој индустријској употреби.
Током Другог светског рата и током 1950-их, технологија машинске обраде развијена за ратне напоре омогућила је да се инхерентне предности кугличног вентила уведу у војну употребу. Развој синтетичких материјала као што је политетрафлуороетилен (ПТФЕ), често познат под именом тефлон, отворио је пут за примену у индустријском сектору.
Данас се куглични вентил користи у широком спектру апликација за контролу протока течности, гасова, па чак и чврстих материја. Ове апликације су на температурама које се крећу од -450 степени Ф (-267 степени) до више од 1600 степени Ф (871 степен). Притисци могу бити у распону од пуног вакуума до преко 20.000 пси.
Дизајн кугличног вентила
Главне компоненте кугличног вентила су тело, лопта, седишта и вретена. Ове компоненте се могу направити од широког спектра материјала. Кугласти вентили се нуде у бројним крајњим прикључцима, укључујући прирубничке, навојне, заварене и подложне, као и специјализоване крајње спојеве.
Основе
Дизајни кугластих вентила спадају у категорију вентила за четвртину{0}}окрета, укључујући чеп и лептир вентиле. Ова категорија -окретања значи да је вретено вентила окренуто за 90 степени за рад.
Најчешћи од ових дизајна су плутајући дизајн и дизајн{0}}који се поставља на клин. Обично су двосмерни у заптвању и могу бити оријентисани у било ком положају или смеру за отварање и затварање.
Неке од основних предности ових кугличних вентила у односу на друге дизајне укључују:
пун порт за високу{0}}ефикасност протока
мањи обртни момент
шири опсег притиска и температуре
висока способност циклуса
супериорне заптивке
пожар{0}}безбедан
нижи трошкови за аутоматизацију.
Дизајн плутајуће кугле у почетку компресује лопту између меких седишта када је вентил састављен. Ово присиљава материјал седишта да хладно-тече у поре лопте, стварајући вакуум и{2}}заптивку под ниским притиском. У затвореном положају, притисак у линији тера лопту у седиште низводно. Ово обезбеђује чврсто затварање дизајна седишта за притисак и температуру.
Плутајући дизајн је најчешћи у распону величина од 1/4 до 12 инча, иако неки произвођачи нуде величине до 18 инча. Величина плутајућег кугличног вентила ограничена је величином и тежином кугле, као и обртним моментом потребним за ротацију како се величина повећава.
Дизајни постављени на клин{0}}функционишу управо супротно од плутајућег дизајна. У дизајну осовине, лопта не може да плута, већ је чврсто лоцирана уз стабло на врху и осовину или клин, користећи лежајеве на дну. Седишта се притискају на лопту помоћу опруге или опруга да би се развило почетно заптивање ниског{3}}притиска.
Седишта клипних вентила су дизајнирана са заптивкама које треба да се -напајају, са повећањем притиска који приморава узводно седиште јаче у куглу. Ово обезбеђује чврсто затварање дизајна седишта за притисак и температуру.
Дизајн клипова обично преузима место где престаје примена дизајна плутајуће кугле и може се наћи у распону величина од 3-72 инча. Предност овог дизајна вентила постаје очигледна како величина вентила расте.
Тежина кугле и радни обртни момент нису фактори, пошто седишта у завојном вентилу не подржавају лопту. То значи да се седишта клинастог вентила могу специјализовати за заптивање кугле, омогућавајући много веће вентиле са мањим активирањем него што се може направити у било којој врсти плутајућег дизајна.
Тело
Тело кугластог вентила може се ливети, ковати или машински обрађивати од скоро сваког могућег метала. То је због једноставног и компактног дизајна кугличног вентила. Применљиви метали укључују:
Обојени{0}}обоје, као што су месинг, бронза и алуминијум
Метали на бази гвожђа{0}}, укључујући гвожђе, угљенични челик и нерђајући челик
Метали на бази никла{0}, који укључују Хастеллои, Инцонел и никл
Реактивни метали, укључујући титанијум, тантал и цирконијум.
Куглични вентили се такође израђују од разних врста пластике и полимера, укључујући ПВЦ, полиетилен и полипропилен. Куглични вентили такође могу бити обложени полимерима и пластиком, а могу бити направљени или обложени керамиком као што су глиница и цирконијум.
Основни дизајн тела вентила у Сједињеним Државама испуњава смернице АСМЕ (Америцан Социети оф Мецханицал Енгинеерс) стандарда Б16.34. Ови стандарди одређују дебљину зидова, нивое напрезања и друге параметре у вези са односом притиска{2}}температуре за већину легура гвожђа.
Смернице Б16.10 такође наводе прихватљиве димензије многих класа вентила, као што су индустријски{1}}специфични стандарди као што је АПИ (Амерички институт за нафту) стандард 6Д за цевоводне вентиле и АПИ 608, „Метални куглични вентили-прирубнички, навојни и крајеви за заваривање“. Ове спецификације контролишу димензије, материјале и апликације како би се осигурало да дизајн вентила остаје конзистентан од произвођача до произвођача и да је безбедан за предвиђену примену.
Куглични вентили у водоводној служби су покривени стандардом АВВА (Америцан Ватерворкс Ассоциатион), Ц507-18, „Кугласти вентили, 6 ин. До 60 ин. (150 мм до 1500 мм)“.
Многе друге земље имају националне стандарде, а неколико организација такође негује међународне стандарде. Произвођачи вентила који желе да уђу на глобално тржиште морају да се придржавају стандарда ИСО (Међународна организација за стандардизацију), ПЕД (Директива Европске комисије - о опреми под притиском), ЦЕ (ПЕД) и АТЕКС (Буреау Веритас), између многих других који постоје, као што су Кина и Русија. Испуњавање ових стандарда постало је мандат за трговину са Европском унијом, као и ЈИС стандарда за Јапан и сличних захтева на другим местима.
Друге уобичајене спецификације за оцењивање кугличних вентила укључују ВОГ (вода/уље/гас), ЦВП (хладни радни притисак) и ВСП (радни притисак паре). Ове оцене су ограниченије и обично их утврђује појединачни произвођач. Све ове спецификације ће успоставити криву притисак/температура за дизајн вентила, који смањује оцену притиска како температура расте.
Дизајн каросерије је подељен у четири основне конфигурације:
Три{0}}комада се замахују. Тело је дизајнирано у три дела са могућношћу да се средишњи део тела лако извуче из линије ради поправке без уклањања целог вентила. Ово је згодно када су вентили навојни или заварени у цевовод.
Енд Ентри. Овај дизајн користи дизајн из једног-дела или целог тела. Све унутрашње компоненте се склапају у вентил кроз крај, где је уграђен крајњи чеп за задржавање делова. Овај дизајн елиминише било који облик заптивке тела или поклопца мотора, елиминишући потенцијални пут цурења.
Сплит Боди. Овај дизајн (Слика 5), као што назив говори, дели тело на две половине и омогућава лаку монтажу и једно заптивање мање од три-компонентног дизајна.
Овај дизајн подељеног тела је посебно повољан када је величина вентила велика, што олакшава монтажу великих компоненти.
Топ Ентри. Дизајн горњег улаза користи једноделно-тело као што је крајњи улаз, осим што је горњи део тела изложен ради склапања унутрашњих делова. Поклопац је затим причвршћен завртњима на врху вентила, што овај дизајн чини поправљивим у-линији, слично дизајну од три-дела. Најчешћи дизајни горњих улаза су јединствени за дизајн кугличних вентила, јер лопта и седишта плутају и раде унисоно и на конус унутар тела, за разлику од других дизајна.
Тхе Балл
Елемент контроле протока кугличног вентила је, наравно, лопта. Куглица делује на седиште и може зауставити или контролисати проток кроз вентил. Лопте су дизајниране и произведене према прецизним толеранцијама за завршну обраду површине и сферозност, или заобљеност. И кугла и седиште су од кључне важности за несметан рад, смањен обртни момент и добре перформансе заптивања, посебно када су потребна метална седишта и метал-за{4}}заптивање. Конфигурација кугластог отвора може да варира од стандардног правог и кроз-стила отвора до више-стила отвора за кугличне вентиле који нуде тросмерни- до пет- дизајн отвора. Док већина дизајна кугличних вентила користи пуну сферичну куглу, постоје и дизајни који користе полукуглу (сектор) и они који користе гребенасту акцију да би гурнули лопту у седиште.
Куглице које се користе у вентилима су машински обрађене од многих материјала, укључујући метал, керамику или пластику. Металне кугле се могу побољшати разним премазима или површинским третманима. Користе се да обезбеде побољшану отпорност на хабање, отпорност на корозију или високу тврдоћу како би се спречило нагризање, где се основни метал не задржава.
Побољшања површине могу укључивати полимере, распршивање пламена, никл без електронике, ПВД премазе и дифузионе процесе као што су примена нитрида и борида. Ова побољшања су главни разлог за успешну примену кугличних вентила у широком спектру апликација у којима се тренутно користе.
Седишта
Побољшање дизајна седишта и технологије омогућило је да се куглични вентил прошири на широк спектар примена. Ова седишта могу да обезбеде више функција, у зависности од дизајна вентила и материјала седишта.
Морају да обезбеде чврсто затварање у случају еластичних материјала, као и да подрже лоптицу у дизајну плутајућих лоптица, да се одупру сервису и обезбеде добар век трајања. Седишта такође могу да садрже карактеристичне прикључке за потребе контроле протока.
Дизајни меких седишта се обично називају „џем“ дизајни који обезбеђују потпун-контакт лицем када су склопљени, или као флексибилни дизајни усана који имају смањен контакт лицем за мањи обртни момент и побољшан животни век.
Различити дизајни каросерије ће користити ове или варијације основног дизајна меког седишта. Дизајни многих произвођача такође обезбеђују неки облик растерећења притиска у шупљини, спречавајући оштећење седишта и вентила у случају заробљеног притиска у шупљини од медија заробљеног у затвореном вентилу.
Меки материјали седишта који се данас користе укључују, али нису ограничени на:
Гуме, укључујући неопрен и Буна
Флуорополимери, укључујући ПТФЕ, ТФМ, ПБИ и ПФА
УХМВПЕ (ултра-полиетилен високе молекулске тежине)
ПЕЕК (полиетер кетон)
Делрин
Најлон
Метални дизајн седишта се користи у кугличним вентилима за руковање најтежим применама, укључујући висок притисак, високу температуру, абразивност и контролу протока.
У употреби је много металних дизајна седишта, од којих најчешћи укључују седишта од чврстог метала, површински очвршћена или обложена, и преклопљена на куглу која је на сличан начин каљена. Ово одговара површини лопте и седишта да утиче на добро заптивање.
Остали дизајни укључују синтеровани метал импрегниран графитом или ПТФЕ, па чак и неке флексибилне дизајне. Еластична седишта морају да буду непропусна-, али већина вентила са металним седиштима дозвољава извесно цурење по стопи цурења у спецификацији цурења металних-кугластих вентила са седиштем. Најчешћи од ових спецификација су МСС-СП-61 и АПИ 598. Друге спецификације које се обично примењују на кугличне вентиле са металним седиштем укључују ФЦИ 70.2 и АПИ стандарде.
Већина металних{0}}конструкција са лебдећим лоптама користи опруге и/или заптивке за притисак на седишта о лоптицу и за заптивање задње стране седишта за ниске притиске. Лопта лебди на доњем седишту како се притисак повећава, обезбеђујући затварање дизајна седишта за притисак и температуру, слично деловању верзије са меким-седиштем.
У дизајну клинова, опруге и често неколико заптивки се користе за хватање притиска у линији, приморавајући седишта јаче на лопту како се притисак повећава. Неки произвођачи чак обрађују површину седишта у тело вентила, елиминишући опруге и заптивке у једном правцу. Ово, међутим, обично резултира једносмерним радом вентила.
Стабљике
Стабљика се користи у кугластом вентилу за ротацију лопте у отворени или затворени положај, или у средњи положај за контролу протока. Материјали који се разматрају за стабљике морају да издрже више од притиска тела, лопте или седишта. Морају да издрже корозију и температуру процеса док задржавају довољну снагу да издрже обртни момент који се примењује на њих када се вентил ради. Из тог разлога, за производњу стабљике обично се бирају материјали веће чврстоће и{3}}корозије.
Како је стабљика веза са лоптом, она мора проћи кроз тело како би се њоме могло управљати споља. Ово захтева да вретено има заптивке како би се спречило излазак медија из вентила. Заптивке морају да заптиве мехуриће{2}}тесно, да издрже корозију течности и температуру и да обезбеде добар век трајања.
Типични материјали за заптивање стабла укључују полимере као што су ПТФЕ и ПЕЕК. За веће температуре или сигурност од пожара, обично се користе графитне заптивке. Ови материјали остају флексибилни у широким температурним распонима и хемијски су отпорни. У противпожарним{3}}вентилима, заптивке морају да преживе пожар без цурења.
Дизајн ротационих -окретних вентила као што је кугласти вентил имају заптиваче са најбољим-учинком. То је због тога што се стабљика креће у ротационом кретању, за разлику од растућег покрета стабла који се налази у капијама и глобусним вентилима. Са данашњим еколошким проблемима и прописима, перформансе заптивке вретена су од кључне важности за произвођаче вентила и крајње{4}}кориснике.
Дизајни заптивки вретена спадају у две основне категорије: заптивке са -напоном на вретену и заптивке са напоном за тело{1}}. Ови дизајни користе много различитих типова заптивки, од којих су најчешћи равни прстенови, шеврон, чаша и конус и монолитни елементи.
Стем Енергизед.У овом дизајну обично постоји више заптивних прстенова. Неки од њих су унутар границе притиска тела вентила која постаје примарна заптивка, а други су изван границе притиска у ономе што се назива кутија за "паковање" или "пуњење".
Ове заптивке су компримоване или под напоном дејством повлачења на вретену помоћу матице вретена, која истовремено компримира горње заптивке са држачем за паковање. Већина ових дизајна укључује Беллевилле опруге за живо оптерећење заптивки. Ово чини да се склоп заптивке вретена самостално-подешава и компензује температуру, омогућавајући дужи век циклуса пре него што је потребно поновно подешавање.
Боди Енергизед.У овом дизајну, заптивање се постиже изнад границе притиска у кутији за пуњење, поново помоћу једног или више заптивних прстенова. Неки произвођачи могу користити потисни лежај на вретену испод границе притиска, али тамо се заправо не врши заптивање.
Ове заптивке се учитавају помоћу "јарма" или "плоче за утичницу", компримујући заптивке у кутији за пуњење помоћу вијака увучених у тело. Дизајн обично користи више опруга Беллевилле на завртњима да поново „издржи оптерећење“ плоче заптивке, чинећи да се заптивка вретена сама-подеси.
Предност овог дизајна је у томе што вретено слободно лебди унутар заптивки, смањујући обртни момент и повећавајући животни век заптивке. Овај дизајн такође омогућава уградњу дизајна „несталне емисије“, који користе више сетова заптивки, стварајући додатне или сувишне заптивке за токсичне и-прилике са великим циклусом.
Апликације
Са напредним дизајном и материјалима који се нуде у модерним кугластим вентилима, они се користе у многим услугама и индустријама. Успех у овим апликацијама зависи од тачне спецификације свих ових дизајна и компоненти о чему се говорило.
Дизајн лопти није ограничен само на он/офф сервис. Могу се користити за преусмеравање, контролу или мешање токова. Различите функције се могу постићи поседовањем више портова за преусмеравање и мешање, или поседовањем карактерисаног порта, као што је В-порт, за контролу тока.
Употреба кугличног вентила са контролном четвртином{0}}постаје све чешћа у апликацијама за умерено-управљање падом притиска. Ово је због предности процеса ниже цене, чврстог затварања и високе прецизности у комбинацији са дигиталним контролама на електрични и пнеуматски погон.
Постоје и специјални дизајни кугличних вентила за јединствене примене. То могу да обухватају вентиле за криогену употребу, који морају да поднесу екстремно ниске температуре, и вентиле за пару високог{1}}притиска, који морају да поднесу екстремно високе температуре и притиске.
Друге примене кугличних вентила укључују њихову употребу у индустријама као што су фармацеутска, ваздухопловна, нуклеарна, биотехнолошка и целулоза и папир. Примене у којима се користе укључују киселине и хемикалије, суспензије, термалне течности, пару и криогене.
Закључак
Компактан дизајн, једноставност употребе, лакоћа поправке и широке могућности перформанси помогли су да куглични вентил постане доминантан дизајн у модерним индустријским апликацијама. Кугласти вентили настављају да се развијају како би испунили нове и теже захтеве.
Индустријски сектор све већи нагласак ставља на безбедност, животну средину, побољшану ефикасност и смањење трошкова. Стога ће имовина кугличног вентила наставити да га чини важним играчем са многим будућим улогама.