Kõikehõlmava-kuulkraani areng

Kompaktne disain, kasutuslihtsus, remondi lihtsus ja lai jõudlus on aidanud muuta kuulventiili kaasaegsetes tööstuslikes rakendustes domineerivaks disainiks.

Kuulkraani leiutamine on osutunud ventiilitööstuses revolutsiooniliseks arenguks, pakkudes arvukalt ainulaadseid lahendusi, mis vastavad kaasaegsetele vooluhulga reguleerimise nõuetele. Kuid selle edukas rakendamine ei olnud kohe ilmne.

Kuulkraani eluea alguses ei realiseerunud selle käibevara ega väärtusi. Tõeliselt ümmarguse palli valmistamiseks puudub töötlustehnoloogia. Ja tolleaegsed looduslike kummide kasutamisega seotud tihendusmaterjalid olid väga piiratud ja takistasid kuulventiili rakendamist olulisel määral tööstuslikuks kasutamiseks.

Teise maailmasõja ajal ja 1950. aastatel võimaldas sõjategevuse jaoks välja töötatud töötlustehnoloogia kuulventiilile omaseid eeliseid sõjalises kasutuses kasutusele võtta. Sünteetiliste materjalide, nagu polütetrafluoroetüleen (PTFE), mida sageli tuntakse kaubamärgi Teflon all, väljatöötamine sillutas teed tööstussektori rakendustele.

Tänapäeval kasutatakse kuulventiili paljudes rakendustes vedelike, gaaside ja isegi tahkete ainete voolu reguleerimiseks. Need rakendused on temperatuurivahemikus -450 kraadi F (-267 kraadi) kuni rohkem kui 1600 kraadi F (871 kraadi). Rõhk võib ulatuda täisvaakumist kuni üle 20 000 psi.

Kuulkraanide disain

Kuulkraani peamised komponendid on korpus, kuul, istmed ja vars. Neid komponente saab valmistada väga erinevatest materjalidest. Kuulkraanid on saadaval paljudes otsaühendustes, sealhulgas äärikuga, keermestatud, keevisotsa ja vahvliga, aga ka spetsiaalseid otsaühendusi.

Põhitõed

Kuulkraanide konstruktsioonid kuuluvad veerand{0}}klappide kategooriasse, sealhulgas pistiku- ja liblikventiilid. See veerand-pöördekategooria tähendab, et klapivars on töötamiseks pööratud 90 kraadi.

Kõige levinumad neist on ujuv kujundus ja trunnion{0}}kinnitatud disain. Need on tavaliselt kahesuunalised ja neid saab avada ja sulgeda mis tahes asendis või suunas.

Mõned nende kuulventiilide peamised eelised teiste konstruktsioonide ees on järgmised:

täisport suure-voolu tõhususe tagamiseks

madalam pöördemoment

laiem rõhu- ja temperatuurivahemik

kõrge tsüklivõime

paremad varre tihendid

tuleohutu-

madalamad kulud automatiseerimiseks.

Ujuvkuuli konstruktsioon surub klapi kokkupanemisel palli esialgu pehmete pesade vahele. See sunnib istme materjali külmalt-voolama palli pooridesse, luues vaakumi ja madala rõhuga{2}}tihendi. Suletud asendis sunnib toru surve palli allavoolu asuvasse istmesse. See tagab istme rõhu- ja temperatuurikujunduse tiheda sulgemise.

Ujuv disain on kõige tavalisem suurusvahemikus 1/4 kuni 12 tolli, kuigi mõned tootjad pakuvad suurusi kuni 18 tolli. Ujuva kuulventiili suurust piirab kuuli suurus ja kaal ning selle pööramiseks vajalik pöördemoment, kui suurus suureneb.

Trunnion{0}}kinnitatud kujundused töötavad täpselt vastupidiselt ujuvale kujundusele. Pöördvarre konstruktsioonis ei saa kuul hõljuda, vaid paikneb jäigalt ülaosas oleva varre ja võlli või võlli abil, kasutades põhjas olevaid laagreid. Istmed surutakse vastu palli vedru või vedrude abil, et luua esialgne madalrõhu tihend.

Rõngaklapipesad on konstrueeritud koos tihenditega, mis on töös{0}}toiteallikaga, suurendades survet, mis sunnib ülesvoolu asuvat pesa tugevamini kuuli vastu. See tagab istme rõhu- ja temperatuurikujunduse tiheda sulgemise.

Trunnioni kujundused võtavad tavaliselt üle seal, kus ujuva palliga disainilahenduse rakendus lahkub ja neid võib leida suurusvahemikus 3–72 tolli. Selle klapikonstruktsiooni eelised ilmnevad klapi suuruse kasvades.

Kuuli kaal ja pöördemoment ei ole tegurid, kuna pöördeventiili pesad ei toeta kuuli. See tähendab, et ventiilipesad võivad olla spetsialiseerunud kuuli tihendamisele, võimaldades palju suuremaid ventiile, mille käitamine on väiksem kui mis tahes tüüpi ujuva konstruktsiooni puhul.

Keha

Kuulkraani korpust saab valada, sepistada või töödelda peaaegu igast mõeldavast metallist. See on tingitud kuulkraani lihtsast ja kompaktsest disainist. Kohaldatavad metallid hõlmavad järgmist:

Värvilised metallid, nt messing, pronks ja alumiinium

Must-metallid, sh raud, süsinikteras ja roostevaba teras

Nikli{0}}põhised metallid, sealhulgas Hastelloy, Inconel ja nikkel

Reaktiivsed metallid, sealhulgas titaan, tantaal ja tsirkoonium.

Kuulkraanid on valmistatud ka erinevatest plastidest ja polümeeridest, sealhulgas PVC-st, polüetüleenist ja polüpropüleenist. Kuulkraanid võivad olla ka vooderdatud polümeeride ja plastidega ning need võivad olla valmistatud keraamikast või vooderdatud keraamikast, nagu alumiiniumoksiid ja tsirkooniumoksiid.

Ameerika Ühendriikide klapikorpuste põhikonstruktsioon vastab ASME (American Society of Mechanical Engineers) standardi B16.34 juhistele. Need standardid määravad enamiku rauasulamite puhul kindlaks seinte paksused, pingetasemed ja muud parameetrid koos rõhu{2}}temperatuuri suhetega.

B16.10 juhised määravad ka paljude ventiilide klasside vastuvõetavad mõõtmed, näiteks tööstusspetsiifilised standardid, nagu API (American Petroleum Institute) standard 6D torujuhtmete ventiilidele ja API 608, "Metallist kuulventiilid-äärikutega, keermestatud ja keevitusotsad". Need spetsifikatsioonid reguleerivad mõõtmeid, materjale ja rakendusi, tagamaks, et klapi konstruktsioon jääb tootjate lõikes järjepidevaks ja on kavandatud rakenduse jaoks ohutu.

Veevärgi teenistuses olevad kuulventiilid on hõlmatud AWWA (Ameerika veevärkide assotsiatsiooni) standardiga C507-18 "Kuulkraanid, 6 tolli läbi 60 tolli (150 mm kuni 1500 mm)."

Paljudel teistel riikidel on riiklikud standardid ja mitmed organisatsioonid edendavad ka rahvusvahelisi standardeid. Klapitootjad, kes soovivad siseneda globaalsele turule, peavad järgima ISO (Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon), PED (Euroopa Komisjoni - Surveseadmete direktiiv), CE (PED) ja ATEX (Bureau Veritas) standardeid, lisaks paljudele teistele olemasolevatele, näiteks Hiinas ja Venemaal. Nende standardite järgimisest on saanud Euroopa Liiduga kauplemise mandaat, samuti Jaapani JIS-i standardid ja sarnased nõuded mujal.

Muud levinud kuulventiilide hinnangute spetsifikatsioonid hõlmavad WOG (vesi/õli/gaas), CWP (külm töörõhk) ja WSP (tööaururõhk). Need hinnangud on piiratumad ja nende määrab tavaliselt individuaalne tootja. Kõik need spetsifikatsioonid loovad klapi konstruktsioonile rõhu/temperatuuri kõvera, mis vähendab temperatuuri tõustes rõhku.

Kere kujundused on jagatud nelja põhikonfiguratsiooni:

Kolm{0}}tükki välja. Kere on konstrueeritud kolmes tükis, mis võimaldab kere keskosa remondiks lihtsalt rivist välja lükata, ilma et peaks kogu ventiili eemaldama. See on mugav, kui klapid on torujuhtmesse keermestatud või keevitatud.

Lõpeta sissekanne. See disain kasutab ühest tükist või ühest tükist{1}} Kõik sisemised komponendid monteeritakse ventiilisse läbi otsa, kuhu on paigaldatud otsakork osade hoidmiseks. See disain välistab igasuguse kere või kapotihendi, välistades võimaliku lekketee.

Tükeldatud keha. See konstruktsioon (joonis 5), nagu nimigi viitab, jagab korpuse kaheks pooleks ja võimaldab lihtsat kokkupanekut ja ühe korpuse tihendit vähem kui kolmeosaline disain.

See poolitatud korpuse konstruktsioon on eriti kasulik, kui klapi suurus on suur, muutes suurte komponentide kokkupaneku lihtsamaks.

Ülemine sissekanne. Ülemise sisendi kujundus kasutab ühest tükist korpust, nagu ka otsasisend, välja arvatud see, et korpuse ülaosa on sisemiste osade kokkupanemiseks avatud. Seejärel kinnitatakse klapi ülaosale kapott poltidega, mis muudab selle konstruktsiooni-joonis parandatavaks, sarnaselt kolme-osalise konstruktsiooniga. Kõige levinumad ülemise sissepääsu konstruktsioonid on ainulaadsed kuulventiilide konstruktsioonidele, kuna kuul ja pesad ujuvad ning töötavad korpuses koos ja kitsenevalt, erinevalt teistest konstruktsioonidest.

Pall

Kuulkraani voolu reguleerimise elemendiks on loomulikult kuul. Kuul toimib vastu istet ja võib peatada või juhtida klapi läbivat voolu. Pallid on projekteeritud ja toodetud nii, et pinnaviimistluse ja kerasuse või ümaruse tolerantsid on ranged. Nii kuul kui ka pesa on sujuva töö, väiksema pöördemomendi ja hea tihendusvõime tagamiseks üliolulised, eriti kui on vaja metallist pesasid ja metallist -to{4}}metalli tihendit. Kuulventiilide kuulventiilide konfiguratsioon võib varieeruda standardsest sirge ja läbiva-ava stiilist kuni mitme-pordiga kuulventiilidele, mis pakuvad kolme- kuni viie-ava kujundust. Kuigi enamik kuulventiilide konstruktsioone kasutab täissfäärilist kuuli, on ka konstruktsioone, mis kasutavad poolkuuli (sektorit) ja neid, mis kasutavad palli istmesse surumiseks nukktegevust.

Klappides kasutatavad kuulid on töödeldud paljudest materjalidest, sealhulgas metallist, keraamikast või plastikust. Metallkuule saab täiustada erinevate katete või pinnatöötlustega. Neid kasutatakse parema kulumiskindluse, korrosioonikindluse või kõrge kõvaduse tagamiseks, et vältida rämpsu teket, mille puhul mitteväärismetall ei pea vastu.

Pinnaparandused võivad hõlmata polümeere, leegipihustust, elektrivaba niklit, PVD-katteid ja difusiooniprotsesse, nagu nitriidi ja boriidi pealekandmine. Need täiustused on peamine põhjus kuulventiilide edukaks rakendamiseks paljudes rakendustes, milles neid praegu kasutatakse.

Istmed

Istme disaini ja tehnoloogia täiustamine on võimaldanud kuulventiilil laieneda paljudele rakendustele. Need istmed võivad olenevalt klapi konstruktsioonist ja istme materjalist pakkuda mitmeid funktsioone.

Need peavad pakkuma elastsete materjalide korral tihedat sulgemist, samuti toetama palli ujuva palliga, takistama teenindust ja tagama hea tsükli tööea. Istmetel võivad olla ka iseloomulikud pordid voolu juhtimiseks.

Pehme istme kujundust nimetatakse tavaliselt "ummistuse" kujunduseks, mis tagab kokkupandud täieliku -näokontakti, või painduvate huulte kujundustega, millel on väiksem kontakt näoga, et vähendada pöördemomenti ja pikendada tsükli kasutusiga.

Erinevad kerekonstruktsioonid kasutavad neid või pehme istme põhidisaini variante. Paljude tootjate konstruktsioonid pakuvad ka teatud tüüpi õõnsusrõhu leevendamist, vältides istme ja klapi kahjustamist, kui suletud ventiilisse jäänud kandja põhjustab õõnsuse rõhu kinni.

Tänapäeval kasutatavate pehmete istmete materjalide hulka kuuluvad, kuid mitte ainult:

Kummid, sealhulgas neopreen ja Buna

Fluoropolümeerid, sealhulgas PTFE, TFM, PBI ja PFA

UHMWPE (üli{0}}kõrge molekulmassiga polüetüleen)

PEEK (polüeeterketoon)

Delrin

Nailon

Metallist istmekonstruktsioone kasutatakse kuulventiilides kõige raskemate rakenduste, sealhulgas kõrge rõhu, kõrge temperatuuri, abrasiivsuse ja voolu reguleerimise jaoks.

Kasutusel on palju metallist istmete konstruktsioone, millest kõige levinumad on täismetallist istmed, mis on pinnaga karastatud või kaetud ja mis on kaetud sarnaselt karastatud kuuliga. See sobib palli ja istme pinnaga, et mõjutada head tihendit.

Muud kujundused hõlmavad grafiidi või PTFE-ga immutatud paagutatud metalli ja isegi mõnda paindlikku kujundust. Elastsed pesad peavad olema mull-tihedad, kuid enamikul metallpesadega ventiilidel on metallist-asendiga kuulventiilide lekkemäärade järgi lubatud leke. Kõige levinumad neist spetsifikatsioonidest on MSS-SP-61 ja API 598. Muud spetsifikatsioonid, mida tavaliselt rakendatakse metallist istmega kuulventiilidele, hõlmavad FCI 70.2 ja API standardeid.

Enamik metallist-asuvaid ujuvkuuli konstruktsioone kasutavad vedrusid ja/või tihendeid, et suruda pesad vastu palli ja tihendada istme tagakülge madala rõhu korral. Pall hõljub rõhu suurenedes vastu allavoolu asuvat istet, pakkudes istme rõhu ja temperatuuri konstruktsiooni väljalülitamist sarnaselt pehme{2}}istmega versiooni toimimisele.

Käigukonstruktsioonide puhul kasutatakse vedrusid ja sageli mitut tihendit torustiku rõhu tabamiseks, mis surub istmed surve suurenedes tugevamini vastu palli. Mõned tootjad töötlevad isegi istmepinna klapi korpusesse, kõrvaldades vedrud ja tihendid ühes suunas. Selle tulemuseks on aga tavaliselt ühesuunaline klapi töö.

Varred

Varre kasutatakse kuulventiilis palli pööramiseks avatud või suletud asendisse või voolu reguleerimiseks vahepealsesse asendisse. Varre jaoks mõeldud materjalid peavad taluma rohkemat kui ainult kere, palli või istmete survet. Need peavad vastu pidama protsessi korrosioonile ja temperatuurile, säilitades samas piisavalt tugevust, et taluda ventiili kasutamisel neile rakendatavat pöördemomenti. Sel põhjusel valitakse varre valmistamiseks tavaliselt tugevamad ja{3}}korrosioonikindlad materjalid.

Kuna vars on ühendus palliga, peab see läbima keha, et seda saaks väljast juhtida. Selleks on vaja, et varrel oleksid tihendid, et vältida klapi kandja väljapääsu. Tihendid peavad tihendama mull-, taluma vedeliku korrosiooni ja temperatuuri ning tagama hea tsükli eluea.

Tüüpilised varre tihendimaterjalid hõlmavad polümeere nagu PTFE ja PEEK. Kõrgemate temperatuuride või tuleohutuse tagamiseks kasutatakse tavaliselt grafiidist varretihendeid. Need materjalid jäävad elastseks laias temperatuurivahemikus ja on keemiliselt vastupidavad. Tulekindlate-ventiilide korral peavad tihendid lekkimata lekkimata lekkima.

Pöörleva veerand{0}}pöördventiili konstruktsioonidel, nagu kuulventiil, on kõige paremini -toimivad varre tihendid. Selle põhjuseks on vars, mis liigub pöördliigutusega, mitte aga värav- ja kereventiilides esineva tõusva varre liikumisega. Tänapäeva keskkonnaprobleemide ja -eeskirjadega seoses on varretihendi jõudlus klapitootjate ja{4}}lõppkasutajate jaoks ülioluline.

Varretihendi kujundused jagunevad kahte põhikategooriasse: varre-pingega tihendid ja korpuse{1}}pingega tihendid. Nendes konstruktsioonides kasutatakse palju erinevat tüüpi tihendeid, millest kõige levinumad on lamedad rõngad, rõngad, tassid ja koonused ning monoliitsed elemendid.

Vars pingestatud.Selles konstruktsioonis on tavaliselt mitu tihendusrõngast. Mõned neist asuvad klapi korpuse rõhupiiri sees, millest saab esmane tihend, ja teised on väljaspool survepiiri, mida nimetatakse "pakendiks" või "täitekarbis".

Need tihendid surutakse kokku või pingestatakse varre mutri abil ülestõmbamise teel, mis surub samaaegselt ülemised tihendid tihendiga. Enamik neist konstruktsioonidest sisaldavad tihendite pingeliseks koormamiseks Belleville'i vedrusid. See muudab varre tihendikoostu ise-reguleeruvaks ja temperatuuri kompenseerivaks, mis võimaldab pikemat tsüklit enne, kui on vaja uuesti reguleerida.

Keha energiaga.Selle konstruktsiooni puhul teostatakse tihendus tihendikarbi rõhupiiri kohal, kasutades jällegi ühte või mitut tihendusrõngast. Mõned tootjad võivad kasutada tõukelaagrit varrel rõhupiiri all, kuid seal tegelikult tihendamist ei tehta.

Need tihendid laaditakse "ikke" või "nääreplaadi" abil, surudes tihendid tihendikarbis kokku korpusesse keermestatud poltide abil. Konstruktsioonis kasutatakse tavaliselt poltide peal mitut Belleville'i vedrust, et tihendi plaati uuesti "koormada", muutes varre tihendi isereguleeruvaks.

Selle konstruktsiooni eeliseks on see, et vars võib vabalt hõljuda tihendite sees, vähendades pöördemomenti ja pikendades varre tihendi eluiga. See konstruktsioon võimaldab lisada ka "lenduva emissiooni" konstruktsioone, mis kasutavad mitut tihendikomplekti, luues täiendavaid või üleliigseid tihendeid mürgiste ja suure tsükliga rakenduste jaoks.

Rakendused

Tänu kaasaegsetele kuulventiilidele pakutavatele täiustatud disainidele ja materjalidele kasutatakse neid paljudes teenustes ja tööstusharudes. Nende rakenduste edu sõltub kõigi nende konstruktsioonide ja komponentide õigest spetsifikatsioonist, nagu arutatud.

Palli kujundused ei piirdu ainult sisse-/väljalülitamisega. Neid saab kasutada voogude suunamiseks, juhtimiseks või segamiseks. Erinevaid funktsioone saab teostada, omades ümbersuunamiseks ja segamiseks mitut porti või omades voolu juhtimiseks iseloomulikku porti, näiteks V-porti.

Kvartal-pöördjuhtimisega kuulventiili kasutamine on muutumas tavalisemaks mõõduka-rõhulanguse voolu reguleerimise rakendustes. Selle põhjuseks on protsessi eelised, milleks on madalamad kulud, tihe sulgemine ja suur täpsus, kui see on ühendatud elektrilise ja pneumaatilise ajamiga digitaalsete juhtseadistega.

Unikaalsete rakenduste jaoks on olemas ka spetsiaalsed kuulventiilid. Nende hulka võivad kuuluda krüogeense hoolduse jaoks mõeldud ventiilid, mis peavad taluma väga madalaid temperatuure, ja kõrgsurve{1}}auru ventiilid, mis peavad taluma väga kõrgeid temperatuure ja rõhku.

Muud kuulventiilirakendused hõlmavad nende kasutamist sellistes tööstusharudes nagu farmaatsia-, kosmose-, tuuma-, biotehnoloogia ning tselluloosi- ja paberitööstus. Nende kasutusaladeks on happed ja kemikaalid, suspensioonid, termilised vedelikud, aur ja krüogeensed ained.

Järeldus

Kompaktne disain, kasutuslihtsus, remondi lihtsus ja lai jõudlus on aidanud muuta kuulventiili kaasaegsetes tööstuslikes rakendustes domineerivaks disainiks. Ja kuulventiilid arenevad jätkuvalt, et vastata uutele ja raskematele nõudmistele.

Tööstussektor paneb järjest suuremat rõhku ohutusele, keskkonnale, tõhususe parandamisele ja kulude vähendamisele. Seega muudab kuulventiili vara ka edaspidi oluliseks mängijaks paljude tulevaste rollidega.