Evoluce všech-kulových ventilů
Kompaktní design, jednoduchost použití, snadná oprava a široká výkonnost přispěly k tomu, že se kulový kohout stal dominantním designem v moderních průmyslových aplikacích.
Vynález kulového ventilu se ukázal jako revoluční vývoj pro průmysl ventilů, který poskytuje řadu jedinečných řešení, která splňují moderní požadavky na řízení průtoku. Jeho úspěšná aplikace však nebyla okamžitě patrná.
V rané fázi životnosti kulového kohoutu nebyla realizována jeho současná aktiva a hodnoty. Nedostatek technologie obrábění pro výrobu skutečně kulaté koule neexistoval. A těsnící materiály té doby, spojené s používáním přírodního kaučuku, byly velmi omezené a bránily tomu, aby byl kulový ventil použit pro jakékoli významné průmyslové použití.
Během 2. světové války a do 50. let 20. století umožnila technologie obrábění vyvinutá pro válečné úsilí zavést přirozené výhody kulového ventilu do vojenského použití. Vývoj syntetických materiálů, jako je polytetrafluorethylen (PTFE), často známý pod značkou teflon, připravil cestu pro průmyslové aplikace.
Dnes se kulový ventil používá v široké řadě aplikací pro řízení průtoku kapalin, plynů a dokonce i pevných látek. Tyto aplikace jsou při teplotách v rozmezí od -450 stupňů F (-267 stupňů) do více než 1600 stupňů F (871 stupňů). Tlaky se mohou pohybovat od plného vakua až po více než 20 000 psi.
Design kulového ventilu
Hlavní součásti kulového ventilu jsou tělo, koule, sedla a vřeteno. Tyto komponenty mohou být vyrobeny ze široké škály materiálů. Kulové kohouty jsou nabízeny v mnoha koncových připojeních, včetně přírubových, závitových, navařovacích a waferových, stejně jako specializovaných koncových připojení.
Základy
Konstrukce kulových ventilů spadají do čtvrtotáčkové kategorie ventilů, včetně kuželkových a škrticích ventilů. Tato kategorie čtvrt{2}}otáček znamená, že dřík ventilu je při provozu otočen o 90 stupňů.
Nejběžnější z těchto provedení jsou plovoucí provedení a provedení s montáží na čepu-. Obvykle jsou obousměrné v těsnění a mohou být orientovány v jakékoli poloze nebo směru pro otevírání a zavírání.
Některé ze základních výhod, které mají tyto kulové ventily oproti jiným konstrukcím, zahrnují:
plný port pro vysokou-efektivitu toku
nižší točivý moment
širší rozsah tlaku a teploty
schopnost vysokého cyklu
vynikající těsnění vřetene
požární-bezpečné
nižší náklady na automatizaci.
Konstrukce plovoucí koule zpočátku stlačuje kouli mezi měkká sedla, když je ventil sestaven. To nutí materiál sedla, aby studený-proudil do pórů míče, čímž se vytvoří vakuum a nízkotlaké-těsnění. V zavřené poloze tlak v potrubí tlačí kouli do spodního sedla. To zajišťuje těsné uzavření tlakového a teplotního návrhu sedadla.
Plovoucí design je nejběžnější v rozsahu velikostí od 1/4 do 12 palců, ačkoli někteří výrobci nabízejí velikosti až 18 palců. Velikost plovoucího kulového ventilu je omezena velikostí a hmotností koule a kroutícím momentem potřebným k jejímu otáčení při zvětšování velikosti.
Konstrukce namontované na čepu-fungují přesně opačně než plovoucí konstrukce. V konstrukci čepu se koule nemůže vznášet, ale je pevně umístěna dříkem nahoře a hřídelem nebo čepem pomocí ložisek na dně. Sedla jsou přitlačena ke kouli pomocí pružiny nebo pružin, aby se vytvořilo počáteční nízkotlaké-těsnění.
Sedla čepových ventilů jsou navržena s těsněními, která mají být procesně{0}}napájena, přičemž zvyšující se tlak tlačí sedlo proti proudu tvrději do koule. To zajišťuje těsné uzavření tlakového a teplotního návrhu sedadla.
Návrhy čepů obvykle přebírají tam, kde aplikace designu plovoucí koule končí a lze je nalézt v rozmezí velikostí od 3 do 72 palců. Výhoda této konstrukce ventilu se projevuje s rostoucí velikostí ventilu.
Hmotnost koule a provozní moment nejsou faktory, protože sedla v čepovém ventilu kouli nenesou. To znamená, že sedla otočných ventilů se mohou specializovat na utěsnění koule, což umožňuje mnohem větší ventily s menším ovládáním, než jaké lze vyrobit v jakémkoli typu plovoucí konstrukce.
Tělo
Těleso kulového kohoutu může být odlito, vykováno nebo opracováno z téměř každého myslitelného kovu. To je způsobeno jednoduchou a kompaktní konstrukcí kulového ventilu. Mezi použitelné kovy patří:
Neželezné -železné, jako je mosaz, bronz a hliník
Železné-kovy, včetně železa, uhlíkové oceli a nerezové oceli
Kovy na bázi niklu-, mezi které patří Hastelloy, Inconel a nikl
Reaktivní kovy, včetně titanu, tantalu a zirkonia.
Kulové kohouty jsou také vyráběny z různých plastů a polymerů, včetně PVC, polyethylenu a polypropylenu. Kulové ventily mohou být také vyloženy polymery a plasty a mohou být vyrobeny z nebo vyloženy keramikou, jako je oxid hlinitý a oxid zirkoničitý.
Základní konstrukce těles ventilů ve Spojených státech splňuje normy ASME (American Society of Mechanical Engineers) směrnice B16.34. Tyto normy určují tloušťku stěn, úrovně napětí a další parametry ve spojení se vztahy mezi tlakem- a teplotou pro většinu slitin železa.
Pokyny B16.10 také specifikují přijatelné rozměry mnoha tříd ventilů, jako jsou průmyslové-standardy, jako je standard API (American Petroleum Institute) 6D pro potrubní ventily a API 608, "Kovové kulové ventily{4}}přírubové, závitové a svařovací konce." Tyto specifikace řídí rozměry, materiály a aplikace, aby bylo zajištěno, že konstrukce ventilu zůstane konzistentní od výrobce k výrobci a je bezpečná pro zamýšlenou aplikaci.
Kulové ventily ve vodárenských službách jsou zahrnuty v normě AWWA (American Waterworks Association), C507-18, "Kulové ventily, 6 palců až 60 palců (150 mm až 1500 mm)."
Mnoho dalších zemí má národní standardy a několik organizací také podporuje mezinárodní standardy. Výrobci ventilů, kteří chtějí vstoupit na globální trh, musí splňovat normy ISO (Mezinárodní organizace pro normalizaci), PED (směrnice Evropské komise - o tlakových zařízeních), CE (PED) a ATEX (Bureau Veritas), mezi mnoha dalšími, které existují, například v Číně a Rusku. Plnění těchto norem se stalo mandátem pro obchod s Evropskou unií, stejně jako normy JIS pro Japonsko a podobné požadavky jinde.
Mezi další běžné specifikace pro jmenovité hodnoty kulových kohoutů patří WOG (voda/olej/plyn), CWP (pracovní tlak za studena) a WSP (pracovní tlak páry). Tato hodnocení jsou omezenější a obvykle je stanoví jednotlivý výrobce. Všechny tyto specifikace stanoví křivku tlak/teplota pro konstrukci ventilu, která snižuje jmenovitý tlak, když teplota stoupá.
Konstrukce karoserie jsou rozděleny do čtyř základních konfigurací:
Tři{0}}kusy swing out. Těleso je navrženo jako třídílné s možností snadného vyklopení střední části tělesa z linky pro opravu, aniž by bylo nutné demontovat celý ventil. To je užitečné, když jsou ventily našroubovány nebo přivařeny do potrubí.
Ukončení vstupu. Tento design používá jedno-dílný nebo jednodílný design. Všechny vnitřní komponenty jsou namontovány do ventilu přes konec, kde je instalována koncová zátka pro uchycení dílů. Tato konstrukce eliminuje jakoukoli formu těsnění těla nebo kapoty a eliminuje potenciální únikovou cestu.
Dělené tělo. Tato konstrukce (obrázek 5), jak název napovídá, rozděluje tělo na dvě poloviny a umožňuje snadnou montáž a o jedno těsnění těla méně než u tří-dílného provedení.
Tato konstrukce děleného těla je zvláště výhodná, když je velikost ventilu velká, což usnadňuje montáž velkých součástí.
Horní záznam. Konstrukce horního vstupu využívá tělo z jednoho-kusu jako koncový vstup, s tím rozdílem, že horní část těla je odkrytá, aby bylo možné sestavit vnitřní části. Na horní část ventilu je pak přišroubována víko, díky čemuž lze tento design -opravovat v řadě, podobně jako u tří-dílného provedení. Nejběžnější konstrukce s horním vstupem jsou jedinečné pro konstrukce kulových ventilů, protože koule a sedla plavou a fungují jednotně a na kuželu v těle, na rozdíl od jiných konstrukcí.
Míč
Regulačním prvkem průtoku kulového ventilu je samozřejmě kulička. Kulička působí proti sedlu a může zastavit nebo řídit průtok ventilem. Kuličky jsou navrženy a vyrobeny v přesných tolerancích pro povrchovou úpravu a kulovitost nebo kulatost. Kulička i sedlo jsou klíčové pro hladký provoz, snížený točivý moment a dobrý těsnicí výkon, zvláště když jsou vyžadována kovová sedla a těsnění kov-na{4}}kov. Konfigurace kulového portu se může lišit od standardního rovného a průchozího -stylu s otvory až po styl s více -porty pro kulové ventily, které nabízejí tří- až pěti{9}}cestné provedení portů. Zatímco většina návrhů kulových ventilů používá plnou kulovou kouli, existují také návrhy, které používají poloviční kouli (sektor) a ty, které používají vačkovou akci k tlačení koule do sedla.
Kuličky používané ve ventilech jsou vyrobeny z mnoha materiálů, včetně kovu, keramiky nebo plastu. Kovové kuličky lze vylepšit různými nátěry nebo povrchovými úpravami. Používají se k zajištění zlepšené odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti korozi nebo vysoké tvrdosti, aby se zabránilo zadření, což je místo, kde základní kov nedrží.
Povrchová vylepšení mohou zahrnovat polymery, nástřik plamenem, bezproudový nikl, PVD povlaky a difúzní procesy, jako je aplikace nitridu a boridu. Tato vylepšení jsou hlavním důvodem pro úspěšnou aplikaci kulových kohoutů v široké škále aplikací, ve kterých se v současnosti používají.
Sedadla
Vylepšení konstrukce a technologie sedla umožnilo rozšíření kulového ventilu do široké škály aplikací. Tato sedla mohou poskytovat více funkcí v závislosti na konstrukci ventilu a materiálu sedla.
Potřebují zajistit těsné uzavření v případě pružných materiálů, stejně jako podporovat kuličku v provedeních plovoucích koulí, odolávat provozu a poskytovat dobrou životnost. Sedadla mohou také obsahovat charakteristické porty pro účely řízení toku.
Měkká sedadla se běžně označují jako konstrukce se záseky, která po sestavení-zabezpečují celoobličejový kontakt, nebo jako konstrukce s flexibilními rty, které mají snížený čelní kontakt pro nižší točivý moment a delší životnost.
Různé konstrukce karoserie budou používat tyto nebo variace základního designu měkkého sedadla. Konstrukce mnoha výrobců také poskytují určitou formu odlehčení tlaku v dutině, čímž se zabrání poškození sedla a ventilu v případě zachyceného tlaku v dutině z média zachyceného v uzavřeném ventilu.
Mezi dnes používané měkké materiály sedadel patří, ale nejsou omezeny na:
Gumy, včetně neoprenu a Buna
Fluoropolymery, včetně PTFE, TFM, PBI a PFA
UHMWPE (ultra-polyethylen s vysokou molekulovou hmotností)
PEEK (polyetheretherketon)
Delrin
Nylon
Konstrukce kovového sedla se používá v kulových ventilech pro nejnáročnější aplikace, včetně vysokého tlaku, vysoké teploty, abrazivity a řízení průtoku.
Používá se mnoho konstrukcí kovových sedel, z nichž nejběžnější obsahují sedla z pevného kovu, povrchově tvrzená nebo potažená a lapovaná do koule, která byla podobně tvrzená. To odpovídá povrchu koule a sedla, aby se dosáhlo dobrého utěsnění.
Mezi další provedení patří slinutý kov impregnovaný grafitem nebo PTFE a dokonce i některá flexibilní provedení. Požaduje se, aby pružná sedla byla bublinková-těsná, ale u většiny ventilů s kovovými sely je povolena určitá netěsnost podle míry netěsnosti kulových kohoutů s kovovým-sedlem. Nejběžnější z těchto specifikací jsou MSS-SP-61 a API 598. Mezi další specifikace, které se běžně používají pro kulové ventily s kovovým sedlem, patří normy FCI 70.2 a API.
Většina konstrukcí plovoucích koulí s kovovým-sedlem používá pružiny a/nebo těsnění ke stlačení sedel proti kouli a k utěsnění zadní strany sedla pro nízké tlaky. Koule se vznáší proti sedlu po proudu, jak se tlak zvyšuje, a zajišťuje vypnutí v závislosti na tlaku a teplotě sedla, podobně jako u verze s měkkým-sedlem.
V konstrukcích čepů se k zachycení tlaku vedení používají pružiny a často několik těsnění, které tlačí sedadla tvrději proti kouli, jak se tlak zvyšuje. Někteří výrobci dokonce obrábějí dosedací plochu do těla ventilu, čímž eliminují pružiny a těsnění v jednom směru. To však typicky vede k jednosměrné činnosti ventilu.
Stonky
Vřeteno se používá v kulovém ventilu k otáčení koule do otevřené nebo uzavřené polohy nebo do mezilehlé polohy pro řízení průtoku. Materiály uvažované pro představce musí vydržet více než jen tlak těla, koule nebo sedel. Musí odolávat korozi a teplotě procesu a zároveň si zachovat dostatečnou pevnost, aby vydržely krouticí moment, který je na ně aplikován, když je ventil v provozu. Z tohoto důvodu se pro výrobu dříku obvykle vybírají materiály s vyšší pevností a korozi-.
Vzhledem k tomu, že představec je spojením s koulí, musí procházet tělem, aby mohl být ovládán externě. To vyžaduje, aby vřeteno mělo těsnění, aby se zabránilo úniku média z ventilu. Těsnění musí těsně těsnit-, odolat korozi kapaliny a teplotě a zajistit dobrou životnost.
Typické materiály těsnění vřetene zahrnují polymery, jako je PTFE a PEEK. Pro vyšší teploty nebo požární bezpečnost se obvykle používají grafitová těsnění dříku. Tyto materiály zůstávají pružné v širokém rozsahu teplot a jsou chemicky odolné. U protipožárních-ventilů musí těsnění přežít požár bez úniku.
Konstrukce rotačních čtvrt{0}}otočných ventilů, jako je kulový ventil, mají nejlepší-výkonnostní těsnění vřetene. To je způsobeno tím, že se vřeteno pohybuje rotačním pohybem na rozdíl od stoupajícího pohybu dříku, který se vyskytuje u šoupátkových a kulových ventilů. Vzhledem k dnešním ekologickým problémům a předpisům je výkon těsnění vřetena pro výrobce ventilů a koncové-uživatele zásadní.
Konstrukce těsnění vřetene spadají do dvou základních kategorií: těsnění vřetene-napájená napětím a těsnění{1}}napájené tělesem. Tyto konstrukce používají mnoho různých typů těsnění, přičemž nejběžnější jsou ploché kroužky, šipky, misky a kužele a monolitické prvky.
Stem Energized.V tomto provedení je obvykle více těsnicích kroužků. Některé z nich jsou uvnitř tlakové hranice tělesa ventilu, které se stává primárním těsněním, a jiné jsou vně tlakové hranice v tom, co se nazývá „balení“ nebo „ucpávka“.
Tato těsnění jsou stlačena nebo nabuzena působením tahu na vřeteno pomocí matice vřetene, která současně stlačuje horní těsnění pomocí ucpávkové kladky. Většina těchto návrhů zahrnuje pružiny Belleville, které zatěžují těsnění. Díky tomu se sestava těsnění vřetena sama-nastavuje a teplotně kompenzuje, což umožňuje delší životnost cyklu, než je nutné opětovné seřízení.
Tělo nabité energií.V tomto provedení se těsnění provádí nad hranicí tlaku v ucpávce, opět pomocí jednoho nebo více těsnicích kroužků. Někteří výrobci mohou použít axiální ložisko na vřetenu pod hranicí tlaku, ale tam se žádné těsnění ve skutečnosti neprovádí.
Tato těsnění se zatěžují pomocí "jha" nebo "těsnicí desky", stlačováním těsnění v ucpávce pomocí šroubů zašroubovaných do těla. Konstrukce obvykle využívá několik pružin Belleville na šroubech, aby znovu "zatížily" desku ucpávky, takže těsnění vřetene se samo-nastaví.
Výhodou této konstrukce je, že vřeteno se může volně vznášet v těsnění, což snižuje krouticí moment a zvyšuje životnost těsnění vřetene. Tento design také umožňuje začlenění návrhů „fugitivních emisí“, které využívají více sad těsnění a vytvářejí další nebo redundantní těsnění pro toxické a-cyklické aplikace.
Aplikace
Díky pokročilým konstrukcím a materiálům nabízeným v moderních kulových kohoutech se používají v mnoha službách a průmyslových odvětvích. Úspěch v těchto aplikacích závisí na správné specifikaci všech těchto návrhů a komponent, jak bylo uvedeno.
Návrhy míčků nejsou omezeny na službu on/off. Mohou být použity k odklonění, řízení nebo míchání toků. Různé funkce lze dosáhnout tím, že budete mít více portů pro odklonění a směšování, nebo budete mít charakterizovaný port, jako je port V-, pro řízení toku.
Používání čtvrtotáčkového kulového ventilu-je stále běžnější v aplikacích s řízením průtoku se středním-spádem. To je způsobeno procesními výhodami nižších nákladů, těsného uzavření a vysoké přesnosti ve spojení s digitálním ovládáním elektrického a pneumatického ovládání.
Existují také speciální konstrukce kulových ventilů pro jedinečné aplikace. Mohou to být ventily pro kryogenní provoz, které musí zvládat extrémně nízké teploty, a ventily pro vysokotlakou páru-, které musí zvládat extrémně vysoké teploty a tlaky.
Další aplikace kulových ventilů zahrnují jejich použití v průmyslových odvětvích, jako je farmaceutický, letecký, jaderný, biotechnologický a papírenský průmysl. Aplikace, kde se používají, zahrnují kyseliny a chemikálie, kaly, termální kapaliny, páru a kryogeniku.
Závěr
Kompaktní design, jednoduchost použití, snadná oprava a široká výkonnost přispěly k tomu, že se kulový kohout stal dominantním designem v moderních průmyslových aplikacích. Kulové ventily se dále vyvíjejí, aby splnily nové a náročnější požadavky.
Průmyslový sektor klade stále větší důraz na bezpečnost, životní prostředí, vyšší efektivitu a snižování nákladů. Díky výhodám kulového ventilu se tedy bude i nadále stát důležitým hráčem s mnoha budoucími rolemi.