Wprowadzenie do zaworów kulowych

Zawory kulowe

Zawory kulowe to zawory o ruchu liniowym, przeznaczone głównie do zatrzymywania, uruchamiania i regulowania przepływu. Dysk zaworu kulowego można całkowicie usunąć ze ścieżki przepływu lub całkowicie zamknąć ścieżkę przepływu.

Konwencjonalne zawory kulowe mogą być stosowane do izolowania i dławienia. Chociaż zawory te charakteryzują się nieco większymi spadkami ciśnienia niż zawory przelotowe (np. zasuwa, grzyb, kula itp.), można je stosować tam, gdzie spadek ciśnienia na zaworze nie jest czynnikiem kontrolującym.

Ponieważ całe ciśnienie w układzie wywierane na grzybek jest przenoszone na trzpień zaworu, praktyczny limit wielkości dla tych zaworów wynosi NPS 12 (DN 300). Zawory grzybkowe większe niż NPS 12 (DN 300) stanowią raczej wyjątek niż regułę. Większe zawory wymagałyby wywierania ogromnych sił na trzpień w celu otwarcia lub zamknięcia zaworu pod ciśnieniem. Produkowano i stosowano zawory grzybkowe w rozmiarach do NPS 48 (DN 1200).

Zawory kulowe są szeroko stosowane do regulacji przepływu. Aby zapobiec przedwczesnym uszkodzeniom i zapewnić zadowalającą pracę, przy projektowaniu zaworu należy uwzględnić zakres kontroli przepływu, spadek ciśnienia i obciążenie. Zawory poddawane dławieniu przy dużej różnicy ciśnień wymagają specjalnie zaprojektowanego zespołu gniazdo-zawieradło.

Ogólnie rzecz biorąc, maksymalna różnica ciśnień na dysku zaworu nie powinna przekraczać 20 procent maksymalnego ciśnienia przed zaworem lub 200 psi (1380 kPa), w zależności od tego, która wartość jest mniejsza. Zawory ze specjalnym wyposażeniem mogą być zaprojektowane do zastosowań przekraczających podane wartości graniczne różnicy ciśnień.

Zawór kulowy ze staliwa dla przemysłu naftowego i gazowego

Projekty korpusów zaworów kulowych

Istnieją trzy podstawowe konstrukcje korpusów zaworów kulowych, a mianowicie: wzór trójnika lub korpus Z, wzór kątowy i wzór Wye lub korpus Y.

Konstrukcja zaworu kulowego ze wzorem trójnikato najczęstszy typ ciała, z membraną w kształcie litery Z. Poziome ustawienie gniazda pozwala na poruszanie się trzpienia i tarczy prostopadle do linii poziomej. Ta konstrukcja ma najniższy współczynnik przepływu i większy spadek ciśnienia. Stosowane są w instalacjach wymagających silnego dławienia, np. w liniach obejściowych wokół zaworu sterującego. Zawory kulowe trójnikowe można również stosować w zastosowaniach, w których spadek ciśnienia nie stanowi problemu i wymagane jest dławienie.

 

 

Wzór kątowy Konstrukcja zaworów kulowychjest modyfikacją podstawowego zaworu Tee Pattern Globe. Końce tego zaworu kulowego są ustawione pod kątem 90 stopni, a przepływ płynu następuje przy pojedynczym obrocie o 90 stopni. Mają nieco niższy współczynnik przepływu niż zawory kulowe typu gwiazda. Są stosowane w zastosowaniach, w których występują okresy przepływu pulsacyjnego, ze względu na ich zdolność do radzenia sobie z efektem uderzenia tego typu przepływu.

 

 

Konstrukcja zaworów kulowych typu Wye, jest alternatywą dla wysokiego spadku ciśnienia, charakterystycznego dla zaworów kulowych. Gniazdo i trzpień są ustawione pod kątem około 45 stopni, co zapewnia prostszą ścieżkę przepływu przy pełnym otwarciu i zapewnia najmniejszy opór przepływu. Mogą pękać przez długi czas bez poważnej erozji. Są one szeroko stosowane do dławienia podczas operacji sezonowych lub rozruchowych. Można je przebić, aby usunąć zanieczyszczenia, gdy są używane w przewodach spustowych, które są normalnie zamknięte.

Dysk, gniazdo i trzpień zaworów kulowych

Dysk:Najpopularniejsze konstrukcje dysków do zaworów Globe to: dysk kulowy, dysk składowy i dysk wtykowy. Konstrukcja z dyskiem kulowym jest stosowana głównie w układach niskociśnieniowych i niskotemperaturowych. Może dławić przepływ, ale zasadniczo służy do zatrzymywania i uruchamiania przepływu.

Konstrukcja dysku Composition wykorzystuje twardy, niemetalowy pierścień wkładany na dysku, co zapewnia szczelniejsze zamknięcie.

Konstrukcja dysku wtykowego zapewnia lepsze dławienie niż konstrukcje kulowe lub złożone. Są dostępne w wielu różnych wzorach, wszystkie są długie i zwężane.

Siedziba:Gniazda zaworów kulowych są zintegrowane lub przykręcone do korpusu zaworu. Wiele zaworów Globe ma tylne siedzenia wewnątrz maski. Tylne gniazda zapewniają uszczelnienie pomiędzy trzpieniem a maską i zapobiegają wzrostowi ciśnienia w układzie w stosunku do uszczelnienia zaworu, gdy zawór jest całkowicie otwarty. W zaworach kulowych często stosuje się tylne siedzenia.

Trzon:Zawory kulowe wykorzystują dwie metody łączenia dysku z trzpieniem: rowek T i konstrukcję nakrętki talerzowej. W konstrukcji z rowkiem T tarcza ślizga się po trzpieniu, natomiast w konstrukcji z nakrętką tarczy dysk jest wkręcany w trzpień.

Budowa zaworu kulowego

Zawory kulowe mają zwykle wznoszące się trzpienie, a większe rozmiary mają zewnętrzną konstrukcję śrubowo-jarzmową. Elementy zaworu kulowego są podobne do elementów zasuwy. Ten typ zaworu ma gniazda w płaszczyźnie równoległej lub nachylonej do linii przepływu.

Konserwacja zaworów kulowych jest stosunkowo łatwa, ponieważ tarcze i gniazda można łatwo odnowić lub wymienić. To sprawia, że ​​zawory kulowe szczególnie nadają się do zastosowań wymagających częstej konserwacji zaworów. W przypadku, gdy zawory są obsługiwane ręcznie, krótszy skok tarczy zapewnia oszczędność czasu operatora, szczególnie w przypadku częstej regulacji zaworów.

Główna różnica w konstrukcji zaworu kulowego dotyczy rodzaju zastosowanych dysków. Tarcze wtykowe mają długą, zwężającą się konfigurację i szeroką powierzchnię nośną. Ten typ gniazda zapewnia maksymalną odporność na erozyjne działanie strumienia płynu. Na dysku z kompozycją dysk ma płaską powierzchnię, która jest dociskana do otworu gniazda jak nasadka. Ten typ układu gniazd nie jest odpowiedni do dławienia przy dużej różnicy ciśnień.

W żeliwnych zaworach kulowych, tarcza i pierścienie gniazda są zwykle wykonane z brązu. W zaworach ze stali przelotowej dla temperatur do 750°F (399°C) oprawa jest zazwyczaj wykonana ze stali nierdzewnej, co zapewnia odporność na zatarcie i zatarcie. Powierzchnie współpracujące są zwykle poddawane obróbce cieplnej w celu uzyskania różnych wartości twardości. Stosowane są również inne materiały wykończeniowe, w tym stopy na bazie kobaltu.

Powierzchnia gniazda jest szlifowana, aby zapewnić pełny kontakt powierzchni nośnej, gdy zawór jest zamknięty. W przypadku niższych klas ciśnienia wyrównanie jest utrzymywane za pomocą długiej nakrętki zabezpieczającej tarczę. W przypadku wyższych ciśnień prowadnice tarcz są odlane w korpusie zaworu. Tarcza obraca się swobodnie na trzpieniu, co zapobiega zacieraniu się powierzchni czołowej tarczy i pierścienia gniazda. Trzpień opiera się o hartowaną płytkę oporową, eliminując zacieranie się trzpienia i tarczy w miejscu styku.

Kierunek przepływu zaworów kulowych

W zastosowaniach z niską temperaturą zawory kulowe są zwykle instalowane w taki sposób, że ciśnienie znajduje się pod grzybkiem. Ułatwia to obsługę i pomaga chronić opakowanie.

W zastosowaniach z parą o wysokiej temperaturze zawory kulowe są instalowane w taki sposób, że ciśnienie znajduje się powyżej dysku. W przeciwnym razie trzpień skurczy się po ochłodzeniu i będzie miał tendencję do podnoszenia tarczy z gniazda.

Zalety i wady zaworów kulowych

Zalety:

• Dobra zdolność wyłączania
• Umiarkowana do dobrej zdolność dławienia
• Krótszy skok (w porównaniu do zasuwy)
• Dostępne w wersjach trójnikowych, trójnikowych i kątowych, każdy oferuje unikalne możliwości
• Łatwe w obróbce i odnawianiu powierzchni siedzeń
• Gdy dysk nie jest przymocowany do trzpienia, zawór może służyć jako zawór odcinająco-zwrotny

Wady:

• Większy spadek ciśnienia (w porównaniu do zasuwy)
• Wymaga większej siły lub większego siłownika do osadzenia zaworu (przy ciśnieniu pod gniazdem)
• Dławienie przepływu pod gniazdem i odcięcie przepływu nad gniazdem

Typowe zastosowania zaworów kulowych

Poniżej przedstawiono niektóre typowe zastosowania zaworów kulowych:

• Instalacje wody chłodzącej, w których przepływ wymaga regulacji
• Układ paliwowy, w którym reguluje się przepływ i ma znaczenie szczelność
• Otwory wentylacyjne w górnym punkcie i spusty w najniższym punkcie, gdy szczelność i bezpieczeństwo są głównymi kwestiami
• Woda zasilająca, dopływ środków chemicznych, ekstrakcja powietrza ze skraplacza i systemy drenażu ekstrakcyjnego
• Otwory i spusty kotłów, główne otwory i spusty pary oraz spusty grzejników
• Uszczelnienia i dreny turbiny
• Układ smarowania turbiny i inne