Kaiken kattavan palloventtiilin kehitys-
Kompakti muotoilu, helppokäyttöisyys, helppo korjaus ja laaja suorituskyky ovat auttaneet tekemään palloventtiilistä hallitsevan mallin nykyaikaisissa teollisissa sovelluksissa.
Palloventtiilin keksintö on osoittautunut vallankumoukselliseksi kehitykseksi venttiiliteollisuudelle, ja se tarjoaa lukuisia ainutlaatuisia ratkaisuja, jotka täyttävät nykyaikaiset virtauksensäätövaatimukset. Mutta sen onnistunut soveltaminen ei ollut heti selvää.
Palloventtiilin käyttöiän alkuvaiheessa sen käyttöomaisuus ja arvot eivät realisoituneet. Työstötekniikan puutetta todella pyöreän pallon tekemiseksi ei ollut olemassa. Ja luonnonkumien käyttöön liittyvät silloiset tiivistysmateriaalit olivat hyvin rajallisia ja estivät palloventtiilin käyttämisen mihinkään merkittävään teolliseen käyttöön.
Toisen maailmansodan aikana ja 1950-luvulle asti sotatyötä varten kehitetty koneistustekniikka mahdollisti palloventtiilin luontaisten etujen tuomisen sotilaalliseen käyttöön. Synteettisten materiaalien, kuten polytetrafluorietyleenin (PTFE), joka tunnetaan usein tuotenimellä Teflon, kehitys tasoitti tietä teollisuuden sovelluksille.
Nykyään palloventtiiliä käytetään monissa sovelluksissa nesteiden, kaasujen ja jopa kiinteiden aineiden virtauksen säätelyyn. Nämä sovellukset ovat lämpötiloissa, jotka vaihtelevat -450 astetta F (-267 astetta) yli 1600 astetta F (871 astetta). Paineet voivat vaihdella täydestä tyhjiöstä yli 20 000 psi:iin.
Palloventtiilin suunnittelu
Palloventtiilin pääkomponentit ovat runko, pallo, istukat ja varsi. Nämä komponentit voidaan valmistaa useista erilaisista materiaaleista. Palloventtiilejä on tarjolla lukuisina päätyliitoksina, mukaan lukien laippa-, kierre-, hitsauspää ja kiekko, sekä erikoispäätyliitokset.
Perusasiat
Palloventtiilimallit kuuluvat neljännes{0}}kierrosten luokkaan, mukaan lukien tulppa- ja läppäventtiilit. Tämä neljännes-käännösluokka tarkoittaa, että venttiilin karaa on käännetty 90 astetta käyttöä varten.
Yleisimmät näistä malleista ovat kelluva rakenne ja tukijalka{0}}asennettu malli. Ne ovat tyypillisesti kaksisuuntaisia tiivistyksen suhteen, ja ne voidaan suunnata mihin tahansa asentoon tai suuntaan avaamista ja sulkemista varten.
Joitakin perusetuja, joita näillä palloventtiileillä on muihin malleihin verrattuna, ovat:
täysi portti korkean -virtaustehokkuuden saavuttamiseksi
pienempi vääntömomentti
laajempi paine- ja lämpötila-alue
korkea syklikapasiteetti
ylivoimaiset varren tiivisteet
paloturvallinen-
pienemmät automatisointikustannukset.
Kelluva pallorakenne puristaa ensin pallon pehmeiden istukan väliin, kun venttiili kootaan. Tämä pakottaa istuinmateriaalin kylmään-virtaamaan pallon huokosiin luoden tyhjiön ja matalapaineen{2}}tiivisteen. Suljetussa asennossa linjan paine pakottaa pallon myötävirtaan. Tämä mahdollistaa tiukan sulkemisen istuimen paineen ja lämpötilan suhteen.
Kelluva malli on yleisin kokoalueella 1/4 - 12 tuumaa, vaikka jotkut valmistajat tarjoavat jopa 18 tuuman kokoja. Kelluvan palloventtiilin kokoa rajoittaa pallon koko ja paino sekä sen pyörittämiseen tarvittava vääntömomentti koon kasvaessa.
Trunnioniin{0}}asennetut mallit toimivat juuri päinvastoin kuin kelluva malli. Pyörivässä rakenteessa pallo ei voi kellua, vaan se sijoittuu jäykästi ylhäällä olevan varren ja pohjassa olevia laakereita hyödyntäen akselin tai akselin väliin. Istuimet puristetaan palloa vasten käyttämällä jousta tai jousia alkuperäisen matalapaineen-tiivisteen kehittämiseksi.
Nivelventtiilin istukat on suunniteltu tiivisteillä, jotka ovat prosessi{0}}virrallisia, jolloin paine kasvaa ja pakottaa ylävirran istukan kovemmin palloon. Tämä mahdollistaa tiukan sulkemisen istuimen paineen ja lämpötilan suhteen.
Tukijalkamallit tyypillisesti ottavat haltuunsa kelluvien pallojen suunnittelusovelluksen loppumispaikasta, ja niitä löytyy 3-72 tuuman kokoisina. Tämän venttiilirakenteen etu käy ilmi venttiilin koon kasvaessa.
Pallon paino ja käyttömomentti eivät ole tekijöitä, sillä nivelventtiilin tiivisteet eivät tue palloa. Tämä tarkoittaa, että nivelventtiilin istukat voivat erikoistua pallon tiivistämiseen, mikä mahdollistaa paljon suurempia venttiilejä pienemmällä toiminnalla kuin mitä tahansa kelluvassa mallissa voidaan tehdä.
Runko
Palloventtiilin runko voidaan valaa, takoa tai työstää lähes jokaisesta mahdollisesta metallista. Tämä johtuu palloventtiilin yksinkertaisesta ja kompaktista rakenteesta. Soveltuvia metalleja ovat:
Ei-rautametallit, kuten messinki, pronssi ja alumiini
Rauta{0}}pohjaiset metallit, mukaan lukien rauta, hiiliteräkset ja ruostumattomat teräkset
Nikkeli{0}}pohjaiset metallit, joihin kuuluvat Hastelloy, Inconel ja nikkeli
Reaktiiviset metallit, mukaan lukien titaani, tantaali ja zirkonium.
Palloventtiilejä valmistetaan myös erilaisista muoveista ja polymeereistä, kuten PVC:stä, polyeteenistä ja polypropeenista. Palloventtiilit voidaan myös vuorata polymeereillä ja muoveilla, ja ne voidaan valmistaa keramiikasta, kuten alumiinioksidista ja zirkoniumoksidista, tai vuorata niillä.
Yhdysvalloissa venttiilirunkojen perusrakenne täyttää ASME:n (American Society of Mechanical Engineers) standardin B16.34 ohjeet. Nämä standardit määrittävät useimpien rautaseosten seinämän paksuudet, jännitystasot ja muut parametrit paine-lämpötilasuhteiden yhteydessä.
B16.10-ohjeet määrittelevät myös useiden venttiililuokkien hyväksyttävät mitat, kuten teollisuuskohtaiset standardit, kuten API (American Petroleum Institute) standardi 6D putkiventtiileille ja API 608, "Metal Ball Venttiilit-laipalliset, kierteitetyt ja hitsauspäät". Nämä spesifikaatiot säätelevät mittoja, materiaaleja ja sovelluksia varmistaakseen, että venttiilin rakenne pysyy yhtenäisenä valmistajasta toiseen ja on turvallinen aiotussa sovelluksessa.
Vesilaitoshuollon palloventtiilit kuuluvat AWWA:n (American Waterworks Association) standardiin C507-18, "palloventtiilit, 6 tuuman läpi 60 tuumaa (150 - 1500 mm)."
Monissa muissa maissa on kansallisia standardeja, ja useat organisaatiot edistävät myös kansainvälisiä standardeja. Venttiilivalmistajien, jotka haluavat tulla globaaleille markkinoille, on noudatettava ISO (International Organisation for Standardization), PED (Euroopan komission - painelaitedirektiivi), CE (PED) ja ATEX (Bureau Veritas) -standardeja monien muiden olemassa olevien standardien joukossa, kuten Kiinassa ja Venäjällä. Näiden standardien täyttämisestä on tullut mandaatti kaupankäynnille Euroopan unionin kanssa, samoin kuin JIS-standardit Japanille ja vastaavat vaatimukset muualla.
Muita yleisiä palloventtiilien luokituksen määrityksiä ovat WOG (vesi/öljy/kaasu), CWP (kylmä käyttöpaine) ja WSP (käyttöinen höyrypaine). Nämä luokitukset ovat rajoitetumpia, ja ne ovat yleensä yksittäisen valmistajan määrittämiä. Kaikki nämä spesifikaatiot muodostavat paine/lämpötilakäyrän venttiilin suunnittelulle, joka laskee paineluokitusta lämpötilan noustessa.
Runkomallit on jaettu neljään peruskokoonpanoon:
Kolme-osaa. Runko on suunniteltu kolmeen osaan, ja sen keskiosa voidaan helposti kääntää pois linjasta korjausta varten ilman, että koko venttiiliä tarvitsee irrottaa. Tämä on kätevää, kun venttiilit kierretään tai hitsataan putkistoon.
Lopeta merkintä. Tässä mallissa käytetään yksiosaista-tai yksiosaista mallia. Kaikki sisäiset komponentit kootaan venttiiliin pään kautta, johon on asennettu päätytulppa osien pitämiseksi. Tämä muotoilu eliminoi kaikenlaisen rungon tai konepellin tiivisteen, mikä eliminoi mahdollisen vuodon.
Jaettu runko. Tämä malli (kuva 5), kuten nimestä voi päätellä, jakaa rungon kahteen osaan ja mahdollistaa helpon kokoamisen ja yhden rungon tiivisteen vähemmän kuin kolmiosainen rakenne.
Tämä jaettu runkorakenne on erityisen edullinen, kun venttiilikoko on suuri, mikä helpottaa suurten komponenttien kokoamista.
Top Entry. Yläosan rakenne käyttää yksiosaista-runkoa, kuten päätykappale, paitsi että rungon yläosa on esillä sisäosien kokoamista varten. Venttiilin yläosaan pultataan sitten konepelti, mikä tekee tästä mallista korjattavissa-linjassa, samanlainen kuin kolmiosainen malli. Yleisimmät yläpään mallit ovat ainutlaatuisia palloventtiilimalleille, koska pallo ja istukat kelluvat ja toimivat yhdessä ja kartiomaisesti rungon sisällä, toisin kuin muut mallit.
Pallo
Palloventtiilin virtauksensäätöelementti on tietysti pallo. Pallo vaikuttaa istukkaa vasten ja voi pysäyttää tai ohjata virtausta venttiilin läpi. Pallot suunnitellaan ja valmistetaan tiukkojen pinnan viimeistelyn ja pallomaisuuden tai pyöreyden toleranssien mukaan. Sekä pallo että istukka ovat kriittisiä sujuvan toiminnan, pienentyneen vääntömomentin ja hyvän tiivistyskyvyn kannalta, varsinkin kun vaaditaan metallitiivisteitä ja metallista -metallitiivistettä. Palloaukon kokoonpano voi vaihdella tavallisesta suorasta ja läpi{6}}reikätyylistä moni-aukkotyyliseen palloventtiileille, joissa on kolmi--viisi-porttimuotoilu. Vaikka useimmissa palloventtiilimalleissa käytetään täyttä pallomaista palloa, on myös malleja, joissa käytetään puolipalloa (sektoria) ja sellaisia, joissa käytetään nokkatoimintoa pallon pakottamiseksi istukkaan.
Venttiileissä käytettävät pallot on koneistettu monista materiaaleista, mukaan lukien metallista, keraamista tai muovista. Metallipalloja voidaan parantaa erilaisilla pinnoitteilla tai pintakäsittelyillä. Niitä käytetään parantamaan kulutuskestävyyttä, korroosionkestävyyttä tai korkeaa kovuutta estämään kuoppamuokkausta, jolloin perusmetalli ei kestä.
Pintaparannuksia voivat olla polymeerit, liekkisumutus, kemiallinen nikkeli, PVD-pinnoitteet ja diffuusioprosessit, kuten nitridi- ja boridilevitys. Nämä parannukset ovat suuri syy palloventtiilien menestyksekkäälle käytölle monissa eri sovelluksissa, joissa niitä tällä hetkellä käytetään.
Istuimet
Istuimen suunnittelun ja tekniikan parantaminen on mahdollistanut palloventtiilin laajentumisen monenlaisiin sovelluksiin. Näillä tiivisteillä voi olla useita toimintoja venttiilin rakenteesta ja istukan materiaalista riippuen.
Niiden on varmistettava tiukka sulku joustavien materiaalien tapauksessa sekä tuettava palloa kelluvissa pallomalleissa, kestettävä huoltoa ja tarjottava hyvä käyttöikä. Istuimet voivat sisältää myös tunnusomaisia portteja virtauksen säätöä varten.
Pehmeitä istuinmalleja kutsutaan yleisesti "tukosmalleiksi", jotka tarjoavat täyden kasvojen kosketuksen koottuna, tai joustavina huulimalleina, joissa on pienempi kasvojen kosketus, mikä vähentää vääntömomenttia ja pidentää syklin käyttöikää.
Eri korimallit käyttävät näitä tai muunnelmia pehmeän istuimen perussuunnittelusta. Monien valmistajien mallit tarjoavat myös jonkinlaisen onkalopaineen alennuksen, joka estää istukan ja venttiilin vaurioitumisen, jos suljettuun venttiiliin jäänyt väliaine jää puristuksiin.
Nykyään käytettyjä pehmeitä istuinmateriaaleja ovat, mutta eivät rajoitu niihin:
Kumit, mukaan lukien neopreeni ja Buna
Fluoripolymeerit, mukaan lukien PTFE, TFM, PBI ja PFA
UHMWPE (ultra{0}}korkean molekyylipainon polyeteeni)
PEEK (polyeetterieetteriketoni)
Delrin
Nylon
Metalliset istukkamallit käytetään palloventtiileissä vaativimpiinkin sovelluksiin, mukaan lukien korkea paine, korkea lämpötila, hankauskyky ja virtauksen säätö.
Käytössä on monia metallisia istuinmalleja, joista yleisimmät sisältävät umpimetalliset, pintakarkaistut tai pinnoitetut istuimet, jotka on limitetty samalla tavalla karkaistuun palloon. Tämä vastaa pallon ja istuimen pintoja hyvän tiiviyden aikaansaamiseksi.
Muita malleja ovat sintrattu metalli, joka on kyllästetty grafiitilla tai PTFE:llä, ja jopa joitain joustavia malleja. Kimmoisten tiivisteiden on oltava kupli{1}}tiiviitä, mutta useimmissa metallitiivisteissä varustetuissa venttiileissä sallitaan jonkin verran vuotoa metallitiivisteisten palloventtiilien vuotomäärien mukaan. Yleisimmät näistä spesifikaatioista ovat MSS-SP-61 ja API 598. Muita metallitiivisteisiin palloventtiileihin yleisesti sovellettavia spesifikaatioita ovat FCI 70.2- ja API-standardit.
Useimmissa metalli{0}}istuvissa kelluvissa pallomalleissa käytetään jousia ja/tai tiivisteitä, jotka puristavat istuimet palloa vasten ja tiivistävät istuimen takaosan alhaisia paineita varten. Pallo kelluu alavirran istuinta vasten paineen noustessa, mikä estää istuimen paineen ja lämpötilan suunnittelun samalla tavalla kuin pehmeän -istuimen versio.
Nivelmalleissa jousia ja usein useita tiivisteitä käytetään sieppaamaan linjan painetta, mikä pakottaa istuimet kovemmin palloa vasten paineen kasvaessa. Jotkut valmistajat jopa koneistavat istukkapinnan venttiilin runkoon eliminoiden jouset ja tiivisteet yhteen suuntaan. Tämä kuitenkin johtaa tyypillisesti yksisuuntaiseen venttiilitoimintoon.
Varret
Palloventtiilissä olevaa karaa käytetään pallon pyörittämiseen avoimeen tai kiinni-asentoon tai väliasentoon virtauksen ohjaamiseksi. Varreksi tarkoitettujen materiaalien on kestettävä enemmän kuin vain rungon, pallon tai istuinten painetta. Niiden on kestettävä korroosiota ja prosessin lämpötilaa säilyttäen kuitenkin riittävän lujuuden kestämään niihin kohdistuvan vääntömomentin, kun venttiiliä käytetään. Tästä syystä varren valmistukseen valitaan yleensä vahvempia ja korroosionkestäviä-materiaaleja.
Koska varsi on liitos palloon, sen täytyy kulkea rungon läpi, jotta sitä voidaan käyttää ulkoisesti. Tämä edellyttää, että karassa on tiivisteet, jotta venttiilissä oleva väliaine ei pääse karkaamaan. Tiivisteiden tulee tiivistää kuplatiiviisti, kestää nesteen korroosiota ja lämpötilaa sekä tarjota hyvä käyttöikä.
Tyypillisiä varren tiivistemateriaaleja ovat polymeerit, kuten PTFE ja PEEK. Korkeammissa lämpötiloissa tai paloturvallisuudessa käytetään tyypillisesti grafiittivarsitiivisteitä. Nämä materiaalit pysyvät joustavina laajalla lämpötila-alueella ja ovat kemiallisesti kestäviä. Tulipalotiivisteissä-venttiileissä tiivisteiden on kestettävä tulipalo ilman vuotoa.
Pyörivien neljännes{0}}kääntöventtiilien, kuten palloventtiilin, malleissa on tehokkaimmat-karan tiivisteet. Tämä johtuu siitä, että varsi liikkuu pyörivässä liikkeessä, toisin kuin nouseva varsiliike, joka löytyy portti- ja palloventtiileistä. Nykypäivän ympäristönäkökohtien ja säädösten vuoksi karan tiivisteiden suorituskyky on kriittinen venttiilien valmistajille ja{4}}loppukäyttäjille.
Varren tiivisteet jaetaan kahteen perusluokkaan: varsi{0}}sähkötiivisteet ja runko{1}}sähköiset tiivisteet. Näissä malleissa käytetään monia erilaisia tiivisteitä, joista yleisimmät ovat tasarengas, chevron, kuppi ja kartio sekä monoliittiset elementit.
Varsi energisoitunut.Tässä mallissa on yleensä useita tiivisterenkaita. Jotkut näistä ovat venttiilirungon painerajan sisällä, josta tulee ensisijainen tiiviste, ja toiset ovat painerajan ulkopuolella niin sanotussa "tiiviste- tai täyttölaatikossa".
Nämä tiivisteet puristetaan tai jännitetään vetämällä vartta ylös karamutterilla, joka samanaikaisesti puristaa ylempiä tiivisteitä tiivisteseuraimella. Useimmat näistä malleista sisältävät Belleville-jouset tiivisteiden kuormitusta varten. Tämä tekee karan tiivistekokoonpanosta itsesäätyvän-ja lämpötilaa kompensoivan, mikä mahdollistaa pidemmän syklin käyttöiän ennen kuin uudelleensäätöä tarvitaan.
Keho energisoitunut.Tässä mallissa tiivistys suoritetaan painerajan yläpuolella tiivistepesässä, jälleen käyttämällä yhtä tai useampaa tiivisterengasta. Jotkut valmistajat voivat käyttää painelaakereita akselissa painerajan alapuolella, mutta siellä ei todellisuudessa tehdä tiivistystä.
Nämä tiivisteet ladataan käyttämällä "ikettä" tai "tiivistelevyä" puristamalla tiivisteet tiivistepesässä runkoon kierretyillä pulteilla. Suunnittelussa käytetään tyypillisesti useita Belleville-jousia pulteissa, jotta tiivistelevy taas "kuormitetaan", jolloin varren tiiviste säätyy itsestään.
Tämän rakenteen etuna on, että kara voi kellua vapaasti tiivisteiden sisällä, mikä vähentää vääntömomenttia ja pidentää varren tiivisteen käyttöikää. Tämä malli mahdollistaa myös "hajapäästöisten" mallien sisällyttämisen, joissa käytetään useita tiivistesarjoja, jotka luovat ylimääräisiä tai redundantteja tiivisteitä myrkyllisiin ja korkean syklin -sovelluksiin.
Sovellukset
Nykyaikaisissa palloventtiileissä tarjottavien edistyksellisten mallien ja materiaalien ansiosta niitä hyödynnetään monilla palveluilla ja teollisuudenaloilla. Menestys näissä sovelluksissa riippuu kaikkien näiden mallien ja komponenttien oikeasta määrittelystä, kuten on käsitelty.
Pallomallit eivät rajoitu on/off-palveluun. Niitä voidaan käyttää virtausten ohjaamiseen, ohjaamiseen tai sekoittamiseen. Erilaisia toimintoja voidaan suorittaa käyttämällä useita portteja ohjaamista ja sekoittamista varten tai luomalla portti, kuten V--portti, virtauksen ohjaamiseen.
Neljännes{0}}käännössäätöpalloventtiilin käyttö on yleistymässä kohtalaisissa-painehäviön säätösovelluksissa. Tämä johtuu prosessieduista, joita ovat alhaisemmat kustannukset, tiukka sulku ja korkea tarkkuus yhdistettynä sähköisten ja pneumaattisten ohjainten kanssa.
Saatavilla on myös erikoismalleja palloventtiileihin ainutlaatuisiin sovelluksiin. Näitä voivat olla kryogeenisten huoltojen venttiilit, joiden on kestettävä äärimmäisen alhaisia lämpötiloja, ja korkeapaineisia{1}}höyryn venttiilejä, joiden on kestettävä erittäin korkeita lämpötiloja ja paineita.
Muita palloventtiilisovelluksia ovat niiden käyttö teollisuudessa, kuten lääke-, ilmailu-, ydin-, biotekniikka- ja sellu- ja paperiteollisuudessa. Sovelluksia, joissa niitä käytetään, ovat hapot ja kemikaalit, lietteet, lämpönesteet, höyry ja kryogeeniset aineet.
Johtopäätös
Kompakti muotoilu, helppokäyttöisyys, helppo korjaus ja laaja suorituskyky ovat auttaneet tekemään palloventtiilistä hallitsevan mallin nykyaikaisissa teollisissa sovelluksissa. Ja palloventtiilit kehittyvät jatkuvasti vastatakseen uusiin ja vaikeampiin vaatimuksiin.
Teollisuussektori painottaa yhä enemmän turvallisuutta, ympäristöä, tehokkuutta ja kustannussäästöjä. Siten palloventtiilin omaisuus tekee siitä jatkossakin tärkeän toimijan, jolla on monia tulevaisuuden rooleja.