Введение в шаровые клапаны

Шаровые клапаны

Проходные клапаны представляют собой клапаны линейного перемещения и в первую очередь предназначены для остановки, запуска и регулирования потока. Диск проходного клапана можно полностью убрать из проточной части или полностью перекрыть проточную часть.

Обычные проходные клапаны могут использоваться для изоляции и дросселирования. Хотя эти клапаны демонстрируют несколько более высокие перепады давления, чем прямоточные клапаны (например, шиберные, плунжерные, шаровые и т. д.), их можно использовать там, где падение давления на клапане не является контролирующим фактором.

Поскольку все давление системы, оказываемое на диск, передается на шток клапана, практический предел размера этих клапанов составляет NPS 12 (DN 300). Проходные клапаны размером более NPS 12 (DN 300) являются скорее исключением, чем правилом. Клапаны большего размера потребуют приложения огромных усилий к штоку, чтобы открыть или закрыть клапан под давлением. Изготовлены и используются проходные клапаны размером до NPS 48 (DN 1200).

Для регулирования потока широко используются шаровые клапаны. При проектировании клапана необходимо учитывать диапазон регулирования расхода, перепад давления и режим работы, чтобы предотвратить преждевременный выход из строя и обеспечить удовлетворительную работу. Клапаны, работающие в режиме дросселирования при высоком перепаде давления, требуют специально разработанного трима клапана.

Как правило, максимальный перепад давления на тарелке клапана не должен превышать 20 процентов максимального давления на входе или 200 фунтов на квадратный дюйм (1380 кПа), в зависимости от того, что меньше. Клапаны со специальным тримом могут быть предназначены для применений, превышающих эти пределы перепада давления.

Клапан из литой стали для нефтегазовой промышленности

Конструкции корпусов шаровых клапанов

Существует три основных конструкции корпуса проходных клапанов, а именно: тройник или корпус Z, угловой вариант и корпус типа «звезда» или корпус Y.

Тройник с проходным клапаном— наиболее распространенный тип корпуса с Z-образной диафрагмой. Горизонтальная установка седла позволяет штоку и диску перемещаться перпендикулярно горизонтальной линии. Данная конструкция имеет самый низкий коэффициент расхода и более высокий перепад давления. Они используются в системах жесткого дросселирования, например, в байпасных линиях вокруг регулирующего клапана. Тройниковые проходные клапаны также могут использоваться в тех случаях, когда падение давления не является проблемой и требуется дросселирование.

 

 

Конструкция запорных клапанов углового типапредставляет собой модификацию базового клапана с тройником. Концы этого проходного клапана расположены под углом 90 градусов, и поток жидкости происходит при одном повороте на 90 градусов. У них немного меньший коэффициент расхода, чем у клапанов типа «звезда». Они используются в приложениях, которые имеют периоды пульсирующего потока из-за их способности справляться с пробковым эффектом этого типа потока.

 

 

Конструкция шаровых клапанов Wye Pattern, является альтернативой высокому перепаду давления, свойственному шаровым клапанам. Седло и шток расположены под углом примерно 45 градусов, что обеспечивает более прямой путь потока при полном открытии и наименьшее сопротивление потоку. Их можно взломать в течение длительного времени без серьезной эрозии. Они широко используются для регулирования во время сезонных или пусковых операций. Их можно использовать для удаления мусора при использовании в дренажных линиях, которые обычно закрыты.

Диск, седло и шток шаровых клапанов

Диск:Наиболее распространенными конструкциями дисков для шаровых кранов являются: шаровой диск, композиционный диск и пробковый диск. Конструкция с шаровым диском используется в основном в системах низкого давления и низкой температуры. Он способен дросселировать поток, но в принципе применяется для остановки и запуска потока.

В конструкции композитного диска используется твердое неметаллическое вставное кольцо на диске, что обеспечивает более плотное закрытие.

Конструкция плунжерного диска обеспечивает лучшее дросселирование, чем шаровые или составные конструкции. Они доступны во многих различных дизайнах, и все они длинные и конические.

Сиденье:Седла проходных клапанов либо встроены, либо привинчены к корпусу клапана. Многие клапаны Globe имеют заднее седло внутри капота. Задние седла обеспечивают уплотнение между штоком и крышкой и предотвращают возникновение давления в системе на набивке клапана, когда клапан полностью открыт. Задние седла часто применяются в клапанах Globe.

Корень:В шаровых кранах используется два метода соединения диска и штока: Т-образный паз и конструкция дисковой гайки. В конструкции с Т-образным пазом диск скользит по штоку, а в конструкции с дисковой гайкой диск ввинчивается в шток.

Конструкция шарового клапана

Проходные клапаны обычно имеют поднимающиеся штоки, а клапаны большего размера имеют конструкцию с внешним винтом и траверсой. Компоненты клапана Globe аналогичны компонентам задвижки. Клапан этого типа имеет седла в плоскости, параллельной или наклонной к линии потока.

Техническое обслуживание шаровых клапанов относительно просто, поскольку диски и седла легко ремонтируются или заменяются. Это делает клапаны Globe особенно подходящими для применений, требующих частого обслуживания клапанов. Если клапаны управляются вручную, более короткий ход диска дает преимущества в экономии времени оператора, особенно если клапаны часто регулируются.

Основное различие в конструкции шаровых клапанов заключается в типах используемых дисков. Диски вилочного типа имеют длинную коническую форму с широкой опорной поверхностью. Этот тип седла обеспечивает максимальную устойчивость к эрозионному действию потока жидкости. В составном диске диск имеет плоскую поверхность, которая прижимается к отверстию седла, как колпачок. Этот тип расположения седла не подходит для дросселирования при высоком перепаде давления.

В чугунных запорных клапанах диск и седло обычно изготавливаются из бронзы. В стальных проходных клапанах для температур до 750°F (399°C) трим обычно изготавливается из нержавеющей стали и поэтому обеспечивает устойчивость к заеданию и истиранию. Сопрягаемые поверхности обычно подвергаются термообработке для получения различных значений твердости. Также используются другие материалы отделки, в том числе сплавы на основе кобальта.

Посадочная поверхность отшлифована для обеспечения полного контакта с опорной поверхностью при закрытом клапане. Для более низких классов давления выравнивание поддерживается длинной контргайкой диска. Для более высоких давлений в корпус клапана залиты направляющие диска. Диск свободно вращается на штоке, чтобы предотвратить истирание поверхности диска и седла. Шток опирается на закаленную упорную пластину, что исключает истирание штока и диска в точке контакта.

Направление потока шаровых клапанов

Для применений с низкой температурой проходные клапаны обычно устанавливаются так, чтобы давление находилось под диском. Это способствует простоте эксплуатации и помогает защитить упаковку.

Для применений с высокотемпературным паром шаровые клапаны устанавливаются так, чтобы давление было выше диска. В противном случае шток при охлаждении сожмется и будет стремиться поднять диск с седла.

Преимущества и недостатки шаровых клапанов

Преимущества:

• Хорошая возможность отключения
• Возможность регулирования от умеренной до хорошей
• Более короткий ход (по сравнению с задвижкой)
• Доступны в тройниковом, звездообразном и угловом исполнениях, каждый из которых предлагает уникальные возможности.
• Легко обрабатывать или восстанавливать поверхность сидений.
• Если диск не прикреплен к штоку, клапан можно использовать в качестве запорно-обратного клапана.

Недостатки:

• Более высокий перепад давления (по сравнению с задвижкой)
• Требуется большее усилие или больший привод для седла клапана (с давлением под седлом)
• Дроссельный поток под седлом и запорный поток над седлом

Типичные применения шаровых клапанов

Ниже приведены некоторые типичные области применения шаровых клапанов:

• Системы охлаждающей воды, в которых необходимо регулировать поток
• Система жидкого топлива, в которой поток регулируется и герметичность имеет важное значение.
• Вентиляционные отверстия в верхних точках и дренажные отверстия в нижних точках, когда герметичность и безопасность являются основными соображениями.
• Питательная вода, химическая подача, отвод воздуха из конденсатора и дренажные системы
• Вентиляционные и дренажные отверстия котла, главные паровые вентиляционные и дренажные каналы, а также дренажи нагревателя.
• Уплотнения и дренажи турбин
• Система смазки турбины и др.