Cos'è una valvola a globo?
Le valvole a globo sono valvole di chiusura a movimento lineare utilizzate per avviare, arrestare o regolare il flusso utilizzando un elemento di chiusura denominato disco. Il disco della valvola a globo può chiudere completamente il percorso del flusso o può essere rimosso completamente. L'apertura della sede varia proporzionalmente alla corsa del disco, ideale per compiti di regolazione del flusso. Le valvole a globo sono le più adatte e ampiamente utilizzate per la strozzatura e il controllo del flusso di fluidi e sono generalmente impiegate in tubazioni di piccole dimensioni.
Una valvola a globo utilizza un movimento lineare per spostare un disco (elemento di chiusura) dentro o fuori dalla superficie di seduta. Le valvole a globo formano una cavità di forma globulare attorno alla regione della porta e da qui il nome. Il disco può avere varie forme e si muove perpendicolarmente alla sede della valvola a globo. Questo movimento del disco aiuta nell'apertura e chiusura della valvola. Le valvole a globo in generale vengono utilizzate per tubi di dimensioni pari o inferiori a 8 pollici. In questo articolo esploreremo i tipi di valvole a globo, le parti, il principio di funzionamento, la funzione, il simbolo, l'applicazione, i vantaggi e gli svantaggi.
Inoltre, a seconda del design della sede e del disco, il carico di alloggiamento delle valvole a globo può essere controllato positivamente da uno stelo avvitato. La capacità di tenuta della valvola a globo è elevata. Possono essere utilizzate per servizio on-off se la resistenza al flusso dovuta al tortuoso passaggio del flusso di queste valvole è accettabile. Alcune valvole a globo sono inoltre progettate specificatamente per una bassa resistenza al flusso per l'uso in servizio on-off. A causa della breve corsa del disco tra la posizione aperta e quella chiusa, le valvole a globo sono ideali se la valvola deve essere aperta e chiusa frequentemente. Pertanto, le valvole a globo possono essere utilizzate per un'ampia gamma di compiti.
Parti della valvola a globo
Una tipica valvola a globo è costituita dalle seguenti parti:
- Corpo Valvola (6): Forma globulare
- Cuffietta (7)
- Disco o Spina (10)
- Stelo (9)
- Giogo
- Boccola premistoppa e flangia (3)
- Anello sede (11)
- Manica del giogo (2)
- Bulloni e dadi del premistoppa (4)
- Volantino (1): Attuatore meccanico
- Sedile posteriore
- Guarnizione di tenuta a pressione
- Imballaggio
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Tipi di valvola a globo
Per soddisfare la vasta gamma di compiti lavorativi al minor costo, sono state progettate numerose varianti di valvole a globo. I tre tipi più comuni di configurazioni di valvole a globo disponibili per uso industriale sono
Modello a T (tipo T) Le valvole a globo possiedono il coefficiente di flusso più basso e una caduta di pressione maggiore. In servizi di strozzamento severi, è possibile utilizzare tali valvole a globo. Se la caduta di pressione non è un problema ed è necessaria una strozzatura, la valvola a globo di tipo a T sarà una buona scelta.
- Modello a stella Le valvole a globo possono essere aperte per lunghi periodi senza grave erosione. Offrono una resistenza al flusso molto bassa. Per le operazioni di avviamento vengono ampiamente utilizzate le valvole a globo di tipo Y.Modello ad angolo Le valvole a globo girano il flusso del fluido in una direzione perpendicolare senza l'uso di un gomito. Per i servizi a flusso pulsante, vengono utilizzate valvole a globo di tipo ad angolo per la loro capacità di gestire l'effetto di slugging.
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Tipi di valvole a globo a seconda della connessione del coperchio del corpo
In base alle connessioni corpo-coperchio sono disponibili i seguenti tipi di valvole a globo:
- Cofano avvitato: Design economico e semplice.
- Cofano imbullonato: più popolare e ampiamente utilizzato. Necessita di una guarnizione per la tenuta dei giunti tra corpo e coperchio.
- Cofano saldato: popolare dove non è richiesto lo smontaggio. peso più leggero.
- Coperchio con tenuta a pressione: per applicazioni ad alta pressione viene utilizzato questo tipo di valvola a globo.
- Cappello flangiato: Può essere progettato per qualsiasi dimensione e pressione operativa. Tuttavia, con l'aumento della pressione, questo tipo di valvola a globo diventa pesante e ingombrante.
- Cappello con anello di unione: È necessario un anello di unione avvitato separato per fissare il coperchio al corpo della valvola. Questo tipo di costruzione della valvola a globo è solitamente limitato a una dimensione massima di 3 pollici.
Sede della valvola a globo
Le valvole a globo sono fornite con sede metallica o con sede morbida. Per mantenere uniformi le sollecitazioni dei sedili, vengono apportate numerose varianti al design dei sedili. La figura seguente mostra le configurazioni di seduta più frequentemente utilizzate nelle valvole a globo.
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Funzione della valvola a globo
La funzione principale di una valvola a globo è avviare, arrestare o regolare il flusso. Quando la valvola a globo si apre, il disco si muove verso l'alto consentendo al fluido di fluire proporzionalmente. In posizione aperta, lo stelo della valvola si solleva e fuoriesce nella parte superiore. La valvola a globo viene normalmente utilizzata nelle dimensioni più piccole; per lo più dimensioni di 12 pollici o meno. All’aumentare delle dimensioni della valvola a globo, aumenta la potenza necessaria per il funzionamento. Nella pratica normale, una valvola a globo funziona come una valvola di intercettazione, ma può essere utilizzata anche per scopi di strozzamento.
Principio di funzionamento della valvola a globo
Fare riferimento all'immagine in sezione trasversale della valvola a globo mostrata di seguito. Una valvola a globo è composta da un disco mobile e una sede ad anello fissa in un corpo sferico. La sede di una valvola a globo si trova al centro e parallela al tubo, e l'apertura nella sede è chiusa con il disco. Come si può vedere dall'immagine, quando il volantino viene ruotato manualmente o da un attuatore, il movimento del disco viene controllato (abbassarsi o alzarsi) tramite lo stelo della valvola. Quando il disco della valvola a globo si posiziona sull'anello di sede, il flusso viene completamente interrotto.
Valvola a globo funzionante Ma quando il disco viene sollevato, il flusso inizia poiché il movimento verso l'alto del disco crea spazio per il fluido
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Dischi della valvola a globo
La posizione del disco e della sede della valvola a globo può essere descritta schematicamente come segue:
Posizione del disco della valvola a globo Il disco di una valvola a globo è realizzato in tre modelli base; Disco convenzionale (o disco sferico), disco di composizione e disco a spina.
Disco a sfera: Nel disco di tipo convenzionale, la struttura della sede e del disco è costituita da un disco metallico a forma di sfera. Questo possiede una breve conicità e si adatta facilmente a una sede a superficie piatta nel corpo. Per i servizi a bassa pressione, questo tipo di valvola a globo è piuttosto popolare ed economica. Anche se il disco sferico è in grado di limitare il flusso, viene comunque utilizzato principalmente per avviare e arrestare il flusso.
- Disco di composizione: Un anello di inserimento duro e non metallico viene utilizzato sul disco di un design a disco composito per creare una chiusura più stretta. Per applicazioni ad alta temperatura e pressione, vengono utilizzati i dischi compositi grazie alla loro sufficiente resilienza e resistenza all'erosione. La valvola a globo a disco composito è fondamentalmente una versione migliorata della valvola a globo a disco convenzionale. I dischi di composizione possono essere sostituiti o riparati.
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Tipi di dischi di una valvola a globo Spina disco: Il disco dell'otturatore è il migliore tra tutti e tre i modelli di dischi della valvola a globo ed è adatto per servizi di strozzamento. Un lungo tappo metallico affusolato viene trasformato in un disco che si inserisce in un cono generando un'ampia superficie di appoggio.
Disco – Configurazione stelo
Lo stelo di una valvola a globo può ruotare o non ruotare durante il sollevamento o l'abbassamento del disco a seconda del modello. Di conseguenza, sono disponibili varie configurazioni disco-stelo come
- Stelo rotante con disco integrale
- Stelo rotante con disco non integrale
- Stelo non rotante con disco integrale
- Stelo non rotante con disco non integrale
- A causa della semplicità del design, la maggior parte delle valvole a globo incorporano uno stelo rotante.
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Direzione del flusso della valvola a globo
Per le applicazioni a bassa temperatura, la direzione del flusso in una valvola a globo è installata in modo tale che la pressione agisca sotto il disco. Questo design agevola il funzionamento, protegge la baderna ed elimina una certa quantità di azione erosiva sulle facce della sede e del disco. Per il servizio con vapore ad alta temperatura, invece, le valvole a globo sono posizionate in modo tale che la pressione sia al di sopra del disco. Ciò eviterà la contrazione dello stelo durante il raffreddamento che potrebbe tendere a sollevare il disco dalla sede.
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Simbolo della valvola a globo
Il seguente simbolo della valvola a globo è molto popolare nel settore delle tubazioni. Questi vengono utilizzati nei P&ID per differenziare una valvola a guanto da altri tipi di valvole.
Simbolo della valvola a guanto L'immagine seguente mostra il tipico simbolo della valvola a globo utilizzato per denotare una valvola di bypass nella stazione di controllo.
Valvola a globo nel bypass della valvola di controllo Diagramma della valvola a globo
Le valvole a globo sono disponibili in tre modelli di corpo.
- Modello standard (modello a T o modello a Z)
- Modello ad angolo
- Modello obliquo (modello a stella o modello a Y)
Valvole a globo modello standard o modello T/Z
Questo è il modello del corpo della valvola a globo più comune. L'impostazione orizzontale della sede consente allo stelo e al disco di muoversi perpendicolarmente alla direzione del flusso del fluido. Questo design fornisce la massima resistenza al flusso del fluido tra tutti i modelli disponibili. Questo design della valvola a globo con modello standard ha il coefficiente di flusso più basso e la caduta di pressione più elevata. Per servizi di strozzamento severi e applicazioni in cui la caduta di pressione non è un grosso problema, come nelle linee di bypass attorno a una valvola di controllo, questo tipo di valvole a globo vengono comunemente utilizzate.
Schema della valvola a globo tipo Z Valvola a globo con modello obliquo o con modello a Y
Il design del corpo della valvola a globo con modello obliquo è adatto per applicazioni che richiedono una bassa caduta di pressione. Il loro design a disegno obliquo riduce al minimo la resistenza al flusso della valvola a globo. La sede e lo stelo sono angolati di circa 45 gradi, forniscono un percorso del flusso più rettilineo alla massima apertura e offrono la minima resistenza al flusso.
Schema della valvola a globo di tipo Y Valvola a globo con disegno ad angolo
Il design del corpo della valvola a globo con modello ad angolo è prodotto modificando la valvola a globo con modello standard di base. Le estremità della valvola di questo tipo di valvole a globo sono perpendicolari o con un angolo di 900 e il flusso del fluido avviene con un singolo giro di 900. Rispetto alle valvole a globo con disposizione obliqua, hanno un coefficiente di flusso leggermente inferiore. Per le applicazioni con flusso pulsante grazie alla loro capacità di gestire l'effetto di rallentamento, vengono utilizzate valvole a globo con configurazione ad angolo.
Quando è necessaria una valvola a globo in prossimità di una curva del tubo, il corpo della valvola a globo con disposizione ad angolo offre due vantaggi. Innanzitutto, il corpo con configurazione ad angolo fornisce una resistenza al flusso notevolmente ridotta. In secondo luogo, il design del modello ad angolo evita la necessità di un raccordo e di un giunto per tubi.
Schema della valvola a globo di tipo ad angolo Vantaggi della valvola a globo
I principali vantaggi delle valvole a globo possono essere così riassunti:
- Buona capacità di tenuta.
- Capacità di throttling da moderata a buona.
- Corsa più breve.
- Forniscono un'ampia gamma di funzionalità disponibili nei modelli a T, Wye e ad angolo.
- La lavorazione e il rifacimento della superficie dei sedili sono facili.
- La valvola a globo può essere utilizzata come valvola di ritegno modificando leggermente il design.
Svantaggi della valvola a guanto
Gli svantaggi della valvola a globo possono essere elencati come segue:
- Perdite di pressione più elevate a causa di numerosi cambiamenti direzionali
- Maggiore forza o potenza necessaria per posizionare la valvola.
- Flusso di strozzamento sotto il sedile e flusso di intercettazione sopra il sedile.
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Applicazioni della valvola a globo
La valvola a globo può essere utilizzata in un'ampia gamma di servizi; servizi di fluidi sia a bassa che ad alta pressione. Le applicazioni tipiche delle valvole a globo sono:
- Sistemi di raffreddamento dell'acqua che richiedono la regolazione del flusso.
- Sistema di olio combustibile che richiede tenuta stagna.
- Sistemi di bypass della valvola di controllo.
- Prese d'aria nel punto più alto e scarichi nel punto più basso.
- Petrolio e gas, acqua di alimentazione, alimentazione chimica, raffineria, estrazione dell'aria di condensatori e sistemi di scarico dell'estrazione.
- Sfiati e scarichi della caldaia, servizi del vapore, sfiati e scarichi principali del vapore e scarichi del riscaldatore.
- Guarnizioni e scarichi di turbine.
Valvola a globo contro valvola a saracinesca
Le principali differenze tra la valvola a globo e la valvola a saracinesca sono elencate di seguito:
Valvola a globo Valvola a saracinesca La struttura complessa della valvola a globo prevede che i principali componenti interni si trovino all'interno della cavità corporea. La costruzione della valvola a saracinesca è più semplice, con la maggior parte delle parti sulla parte superiore del corpo valvola. Caduta di pressione elevata Bassa caduta di pressione. La valvola a globo è unidirezionale. Gate Valve è una valvola multidirezionale. La valvola a globo viene utilizzata per il controllo del flusso. La valvola a saracinesca viene utilizzata solo per l'isolamento. Il disco della valvola a globo si muove parallelamente al mezzo che scorre. Il disco della valvola a saracinesca si muove perpendicolarmente al flusso del fluido. La valvola a globo offre maggiore resistenza al flusso del fluido. La valvola a saracinesca offre poca resistenza al flusso del fluido. Il peso della stessa dimensione e classificazione della valvola a globo è maggiore rispetto alla valvola a saracinesca. Il peso della valvola a saracinesca è comparativamente inferiore. La valvola a globo è più costosa a causa del design complesso Relativamente più economico Le valvole a globo in genere non vengono utilizzate per dimensioni superiori a 12 pollici Le valvole a saracinesca possono essere utilizzate anche per dimensioni più grandi. Valvola a globo contro valvola a saracinesca Valvola a globo contro valvola a sfera
La tabella seguente elenca le principali differenze tra una valvola a globo e una valvola a sfera.
Valvola a globo Valvola a sfera Caduta di pressione elevata Bassa caduta di pressione La valvola a globo utilizza un disco che funziona contro il flusso. La valvola a sfera utilizza una sfera che si chiude attraverso il flusso. La valvola a globo è una valvola a movimento lineare La valvola a sfera è una valvola a movimento rotatorio. La valvola a globo fornisce un controllo migliore rispetto alla valvola a sfera La valvola a sfera offre migliori proprietà di intercettazione rispetto alla valvola a globo. La valvola a globo è più economica delle valvole a sfera La valvola a sfera ha un design più complesso rispetto alla valvola a globo e quindi più costosa. Operazione lenta Spegnimento rapido, possibilità di colpo d'ariete. Valvola a globo vs valvola a sfera Standard per le valvole a globo
I produttori di valvole a globo utilizzano i seguenti codici e standard per la progettazione di valvole a globo per applicazioni industriali:
Standard API per valvole a globo:
- API 623 – Valvole a globo in acciaio, estremità flangiate e a saldare di testa, coperchi imbullonati
- API 602 – Valvole a saracinesca, a globo e di ritegno in acciaio per dimensioni DN 100 e inferiori per le industrie del petrolio e del gas naturale
- API 6D – Specifiche per valvole per tubazioni
- API 598 – Ispezione e test delle valvole
- API 6FA – Prova al fuoco per valvole
Standard BS per valvole a globo:
- BS 1873 – Valvole a globo in acciaio e valvole di arresto e di ritegno, estremità flangiate e saldate di testa
- BS 5152 – Valvole a globo e di arresto e ritegno a globo in ghisa
- BS 5352 - Valvole a saracinesca, a globo, di ritegno e a maschio in acciaio fuso e forgiato, estremità a saldare a vite e a tasca
Standard MSS per valvole a globo:
- MSS SP 80 – Valvole a globo in bronzo
- MSS SP-85 Valvole a globo e ad angolo in ghisa, estremità flangiate e filettate
- MSS SP 61 – Prova di pressione su valvole in acciaio
- MSS SP 25 – Sistema di marcatura standard per valvole, raccordi, flange e raccordi
- MSS SP 45 – Collegamenti di bypass e drenaggio
- MSS SP 42 – Valvole a saracinesca, a globo, ad angolo e di ritegno resistenti alla corrosione Classe 150 (PN 20) con estremità flangiate e a saldare di testa
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