Что такое шаровой клапан?

Проходные клапаны представляют собой запорные клапаны с линейным движением, используемые для запуска, остановки или регулирования потока с помощью запорного элемента, называемого диском. Диск шарового клапана может полностью перекрыть путь потока или может быть полностью удален. Отверстие седла изменяется пропорционально ходу диска, что идеально подходит для задач, связанных с регулированием потока. Проходные клапаны наиболее подходят и широко используются для дросселирования и регулирования потока жидкости и обычно используются в трубопроводах небольших размеров.

В шаровом клапане используется линейное движение для перемещения диска (запорного элемента) в посадочную поверхность или из нее. Шаровые клапаны образуют полость шаровидной формы вокруг области порта, отсюда и название. Диск может иметь различную форму и перемещаться перпендикулярно седлу клапана. Это движение диска помогает открывать и закрывать клапан. Проходные клапаны обычно используются для труб диаметром 8 дюймов или меньше. В этой статье мы рассмотрим типы клапанов, детали, принцип работы, функции, символы, применение, преимущества и недостатки.

Кроме того, в зависимости от конструкции седла и диска, нагрузка на седло шаровых кранов может регулироваться с помощью резьбового штока. Уплотняющая способность шарового клапана высока. Их можно использовать в режиме «открыто-закрыто», если сопротивление потоку извилистого проточного канала этих клапанов является приемлемым. Некоторые проходные клапаны также специально разработаны с учетом низкого сопротивления потоку и могут использоваться в режиме «открыто-закрыто». Из-за короткого расстояния перемещения диска между открытым и закрытым положениями проходные клапаны идеальны, если клапан приходится часто открывать и закрывать. Таким образом, шаровые краны могут использоваться для широкого спектра задач.

Детали шарового клапана

Типичный шаровой клапан состоит из следующих частей:

• Корпус клапана (6): Шаровидная форма.
• Капот (7)
• Диск или вилка (10)
• Стебель (9)
• ярмо
• Сальниковая втулка и фланец (3)
• Кольцо седла (11)
• Рукав-кокетка (2)
• Сальниковые болты и гайки (4)
• Маховик (1): Механический привод
• Заднее сиденье
• Прокладка уплотнения под давлением
• Упаковка
• 

• Типы шаровых клапанов

  Для выполнения разнообразного спектра рабочих задач с наименьшими затратами разработаны многочисленные варианты проходных клапанов. Три наиболее распространенных типа конфигураций клапанов, доступных для промышленного использования:

  Тройник (Т-тип) Проходные клапаны обладают самым низким коэффициентом расхода и более высоким перепадом давления. Такие шаровые клапаны можно использовать в условиях жесткого дросселирования. Если падение давления не является проблемой и требуется дросселирование, хорошим выбором будет тройник.

• Уай-паттерн Шаровые клапаны можно открывать в течение длительного времени без серьезной эрозии. Они обладают очень низким сопротивлением потоку. Для пусковых операций широко используются шаровые клапаны Y-типа.Угловой узор Проходные клапаны поворачивают поток жидкости в перпендикулярном направлении без использования колена. Для работы с пульсирующим потоком используются шаровые краны углового типа из-за их способности справляться с эффектом пробок.
• 

• Типы проходных клапанов в зависимости от соединения крышки корпуса

  В зависимости от соединений корпус-крышка доступны следующие типы проходных клапанов:

  • Привинченный капот: Недорогой, простой дизайн.
  • Привинченный капот: наиболее популярный и широко используемый. Нужна прокладка для герметизации стыка корпуса и крышки.
  • Сварной капот: Популярен там, где не требуется разборка. меньший вес.
  • Крышка с герметичным уплотнением: для применений с высоким давлением используется этот тип клапана.
  • Фланцевая крышка: Может быть рассчитан на любой размер и рабочее давление. Однако с увеличением давления этот тип шарового клапана становится тяжелым и громоздким.
  • Крышка с соединительным кольцом: Требуется отдельное резьбовое соединительное кольцо, которое удерживает крышку на корпусе клапана. Этот тип конструкции клапана обычно ограничен размером до 3 дюймов.

  Седло шарового клапана

  Проходные клапаны поставляются с металлическим или мягким седлом. Для обеспечения равномерности напряжений на посадочных местах существует ряд вариантов конструкции посадочных мест. На следующем рисунке показаны наиболее часто используемые конфигурации седел в проходных клапанах.

• 

• Функция шарового клапана

  Основная функция шарового клапана — запуск, остановка или регулирование потока. Когда шаровой клапан открывается, диск движется вверх, позволяя жидкости течь пропорционально. В открытом положении стержень клапана поднимается и высовывается вверху. Проходной клапан обычно используется в меньших размерах; в основном размеры 12 дюймов или меньше. С увеличением размера шарового клапана увеличивается мощность, необходимая для его работы. В обычной практике шаровой клапан работает как двухпозиционный клапан, но его также можно использовать в целях дросселирования.

  Принцип работы шарового клапана

  См. изображение поперечного сечения шарового клапана, показанное ниже. Шаровой клапан состоит из подвижного диска и неподвижного кольцевого седла в сферическом корпусе. Седло шарового клапана находится посередине трубы параллельно ей, а отверстие в седле закрыто диском. Как видно из изображения, при вращении маховика вручную или с помощью привода движение диска контролируется (опускается или поднимается) посредством стержня клапана. Когда диск шарового клапана садится на седло, поток полностью прекращается.

  

  Но когда диск поднимается, поток начинается, поскольку движение диска вверх создает пространство для жидкости.

• Диски шарового клапана

  Положение диска и седла шарового клапана схематически можно описать следующим образом:

  

  Диск шарового клапана изготавливается в трех основных исполнениях; Обычный диск (или шаровой диск), композиционный диск и диск вилочного типа.

  Шаровой диск: В диске обычного типа конструкция седла и диска изготовлена из металлического диска шарообразной формы. Он имеет короткий конус и легко прилегает к седлу с плоской поверхностью в корпусе. Для работы при низком давлении этот тип клапана довольно популярен и экономичен. Несмотря на то, что шаровой диск способен дросселировать поток, он все равно в основном используется для запуска и остановки потока.

• Состав диска: На диске составной конструкции диска используется твердое неметаллическое вставное кольцо для создания более плотного закрытия. При высоких температурах и давлениях используются композиционные диски из-за их достаточной упругости и эрозионной стойкости. Композиционный дисковый клапан по сути представляет собой улучшенную версию обычного дискового клапана. Композитные диски можно заменить или отремонтировать.

• 

  Подключите диск: Пробковый диск является лучшим среди всех трех конструкций дисков шарового клапана и подходит для дросселирования. Длинная коническая металлическая заглушка представляет собой диск заглушки, который устанавливается в конус, образуя широкую посадочную поверхность.

  Диск – конфигурация штока

  Шток шарового клапана может вращаться или не вращаться при подъеме или опускании диска в зависимости от конструкции. Соответственно, доступны различные конфигурации диска и штока, например

• Вращающийся шток со встроенным диском
  • Вращающийся шток с неинтегральным диском
  • Невращающийся шток со встроенным диском
  • Невращающийся шток с неинтегральным диском
• Из-за простоты конструкции большинство клапанов имеют вращающийся шток.

• Направление потока шарового клапана

  Для низкотемпературных применений направление потока в шаровом клапане устанавливается таким образом, чтобы давление действовало под диск. Такая конструкция облегчает эксплуатацию, защищает набивку и устраняет определенную эрозию поверхности седла и диска. В то время как для работы с высокотемпературным паром шаровые клапаны располагаются так, чтобы давление было выше диска. Это позволит избежать сжатия штока при охлаждении, которое может привести к отрыву диска от седла.

• Символ шарового клапана

  Следующий символ шарового клапана довольно популярен в трубопроводной промышленности. Они используются в P&ID, чтобы отличить перчаточный клапан от других типов клапанов.

  

  На следующем изображении показан типичный символ проходного клапана, используемый для обозначения перепускного клапана на станции управления.

  

  Схема шарового клапана

  Шаровые клапаны доступны в трех вариантах корпуса.

  • Стандартный шаблон (T-образный или Z-образный)
  • Угловой узор
  • Косой узор (Wye Pattern или Y – Pattern)

  Клапаны стандартной модели или модели T/Z–

  Это наиболее распространенная конструкция корпуса шарового клапана. Горизонтальная установка седла позволяет штоку и диску перемещаться перпендикулярно направлению потока жидкости. Такая конструкция обеспечивает самое высокое сопротивление потоку жидкости среди всех доступных моделей. Эта конструкция шарового клапана стандартной модели имеет самый низкий коэффициент расхода и самый высокий перепад давления. Этот тип проходных клапанов обычно используется в суровых условиях дросселирования и в приложениях, где падение давления не вызывает особого беспокойства, например, в байпасных линиях вокруг регулирующего клапана.

  

  Шаровой клапан косой формы или Y-образной формы

  Конструкция корпуса шарового клапана с косой схемой подходит для применений, требующих низкого перепада давления. Их наклонный дизайн снижает сопротивление потоку шарового клапана до минимума. Седло и шток расположены под углом примерно 45 градусов, что обеспечивает более прямой путь потока при полном открытии и наименьшее сопротивление потоку.

  

  Шаровой клапан углового типа

  Конструкция корпуса седельного клапана угловой конструкции производится путем модификации базовой стандартной конструкции седельного клапана. Концы клапана этого типа седельных клапанов расположены перпендикулярно или под углом 90°, и поток жидкости происходит при одном повороте на 90°. По сравнению с проходными клапанами косого типа они имеют несколько меньший коэффициент расхода. Для применений с пульсирующим потоком из-за их способности выдерживать эффект пробок используются клапаны с угловым расположением клапанов.

  Когда требуется установить проходной клапан рядом с изгибом трубы, корпус проходного клапана с угловым расположением дает два преимущества. Во-первых, корпус с угловым расположением обеспечивает значительно уменьшенное сопротивление потоку. Во-вторых, угловая конструкция исключает необходимость в трубных фитингах и соединениях.

  

  Преимущества шарового клапана

  Основные преимущества шаровых кранов можно резюмировать следующим образом:

  • Хорошая герметизирующая способность.
  • Возможность регулирования от умеренной до хорошей.
  • Более короткий ход.
  • Обеспечивает широкий спектр возможностей, доступных в исполнениях тройника, тройника и углового корпуса.
  • Обработка и восстановление поверхности сидений просты.
  • Проходной клапан можно использовать в качестве запорно-обратного клапана, слегка изменив конструкцию.

  Недостатки перчаточного клапана

  Недостатки шарового клапана можно перечислить следующим образом:

  • Более высокие перепады давления из-за многих изменений направления
    • Требуется большее усилие или мощность для посадки клапана.
    • Дроссельный поток под седлом и запорный поток над седлом.

  • Применение шарового клапана

    Проходной клапан можно использовать в широком спектре услуг; обслуживание жидкостей как низкого, так и высокого давления. Типичными применениями шаровых клапанов являются:

    • Системы охлаждающей воды, требующие регулирования расхода.
    • Топливная система требует герметичности.
    • Системы байпаса регулирующего клапана.
    • Высокие вентиляционные отверстия и низкие дренажи.
    • Нефть и газ, питательная вода, химическое сырье, нефтеперерабатывающие заводы, системы удаления воздуха из конденсаторов и дренажные системы.
    • Вентиляция и дренаж котла, паровые коммуникации, главные пароотводы и дренажи, а также дренажи нагревателей.
    • Турбина уплотняется и сливается.

    Шаровой клапан против задвижки

    Основные различия между шаровым клапаном и задвижкой перечислены ниже:

    Шаровой вентиль	Задвижка
    Конструкция шарового клапана сложная, основные внутренние компоненты находятся внутри полости корпуса.	Конструкция задвижки проще: большинство деталей находится на верхней части корпуса клапана.
    Высокое падение давления	Низкое падение давления.
    Шаровой клапан однонаправленный.	Задвижка представляет собой многоходовой клапан.
    Шаровой клапан используется для управления потоком.	Задвижка используется только для изоляции.
    Диск шарового клапана движется параллельно текущей среде.	Диск задвижки движется перпендикулярно потоку жидкости.
    Шаровой клапан обеспечивает большую устойчивость к потоку жидкости.	Задвижка оказывает небольшое сопротивление потоку жидкости.
    Масса шарового клапана того же размера и номинала больше, чем у задвижки.	Вес задвижки сравнительно меньше.
    Проходной клапан стоит дороже из-за сложной конструкции.	Сравнительно дешевле
    Проходные клапаны обычно не используются для размеров более 12 дюймов.	Задвижки можно использовать и для больших размеров.

    Шаровой клапан против шарового клапана

    В следующей таблице перечислены основные различия между шаровым клапаном и шаровым краном.

    Шаровой вентиль	Шаровой кран
    Высокое падение давления	Низкое падение давления
    В Globe Valve используется диск, работающий против потока.	В шаровом кране используется шар, который закрывается поперек потока.
    Globe Valve — это клапан линейного перемещения.	Шаровой кран представляет собой клапан поворотного типа.
    Проходной клапан обеспечивает лучший контроль, чем шаровой кран.	Шаровой кран обеспечивает лучшие запорные свойства, чем шаровой клапан.
    Глобусный клапан дешевле шаровых кранов.	Шаровой кран имеет более сложную конструкцию, чем шаровой клапан, и, следовательно, более дорогой.
    Медленная работа	Быстрое отключение, возможность гидроудара.

    Стандарты шаровых клапанов

    Производители проходных клапанов используют следующие нормы и стандарты для проектирования проходных клапанов для промышленного применения:

    Стандарты API для шаровых клапанов:

    • API 623 – Стальные проходные клапаны с фланцами и концами под приварку, крышки на болтах
    • API 602 – Стальные задвижки, проходные и обратные клапаны диаметром DN 100 и меньше для нефтяной и газовой промышленности.
    • API 6D – Спецификация для трубопроводной арматуры
    • API 598 – Проверка и испытание клапанов
    • API 6FA – Испытание клапанов на огнестойкость

    Стандарты BS для шаровых клапанов:

    • BS 1873 – Клапаны стальные проходные, а также запорные и обратные клапаны, фланцевые и с концами под приварку.
    • BS 5152 – Чугунные проходные и запорно-обратные клапаны.
    • BS 5352 – Задвижки, запорные, обратные и пробковые клапаны из литой и кованой стали, резьбовые и раструбные приварные клапаны.

    Стандарты MSS для проходных клапанов:

    • MSS SP 80 – Проходные клапаны из бронзы
    • MSS SP-85 Чугунные проходные и угловые клапаны, фланцевые и резьбовые соединения.
    • MSS SP 61 – Испытание стальных клапанов под давлением
    • MSS SP 25 – Стандартная система маркировки клапанов, фитингов, фланцев и соединений.
    • MSS SP 45 – Байпасные и дренажные соединения
    • MSS SP 42 – Коррозионностойкие шиберные, шаровые, угловые и обратные клапаны класса 150 (PN 20) с фланцами и концами под приварку
    • Статья из  Ануп Кумар Дей