Visą{0}}apimančio rutulinio vožtuvo evoliucija
Kompaktiškas dizainas, naudojimo paprastumas, lengvas remontas ir didelės našumo galimybės padėjo rutuliniam vožtuvui tapti dominuojančiu dizainu šiuolaikinėse pramonės srityse.
Rutulinio vožtuvo išradimas pasirodė esąs revoliucinis vožtuvų pramonės vystymas, teikiantis daugybę unikalių sprendimų, atitinkančių šiuolaikinius srauto reguliavimo reikalavimus. Tačiau jos sėkmingas pritaikymas nebuvo akivaizdus iš karto.
Rutulinio vožtuvo gyvavimo pradžioje jo trumpalaikis turtas ir vertės nebuvo realizuoti. Apdirbimo technologijos trūkumo, norint pagaminti tikrai apvalų rutulį, nebuvo. O to meto sandarinimo medžiagos, susijusios su natūralių kaučiukų naudojimu, buvo labai ribotos ir neleido rutulinio vožtuvo naudoti bet kokiam reikšmingam pramoniniam naudojimui.
Antrojo pasaulinio karo metu ir šeštajame dešimtmetyje karo pastangoms sukurta apdirbimo technologija leido panaudoti būdingus rutulinio vožtuvo pranašumus karinėje reikmėms. Sintetinių medžiagų, tokių kaip politetrafluoretilenas (PTFE), dažnai žinomų prekės ženklu Teflon, kūrimas atvėrė kelią pramoniniam sektoriui.
Šiandien rutulinis vožtuvas naudojamas įvairiems skysčių, dujų ir net kietųjų medžiagų srauto valdymui. Šios programos taikomos esant temperatūrai nuo -450 laipsnių F (-267 laipsnių) iki daugiau nei 1600 laipsnių F (871 laipsnio). Slėgis gali svyruoti nuo visiško vakuumo iki didesnio nei 20 000 psi.
Rutulinių vožtuvų dizainas
Pagrindiniai rutulinio vožtuvo komponentai yra korpusas, rutulys, lizdai ir kotas. Šie komponentai gali būti pagaminti iš įvairių medžiagų. Rutuliniai vožtuvai siūlomi su daugybe galinių jungčių, įskaitant flanšinius, srieginius, suvirintus galus ir plokšteles, taip pat specializuotas galines jungtis.
Pagrindai
Rutulinių vožtuvų dizainas patenka į ketvirtadalio{0}}vožtuvų kategoriją, įskaitant uždorius ir droselinius vožtuvus. Ši ketvirčio -posūkio kategorija reiškia, kad vožtuvo kotas yra pasuktas 90 laipsnių kampu.
Labiausiai paplitę tokie dizainai yra slankioji konstrukcija ir{0}}montuojama ant stulpelio. Paprastai jie yra dviejų krypčių sandarinimo ir gali būti nukreipti bet kuria atidarymo ir uždarymo padėtimi ar kryptimi.
Kai kurie pagrindiniai šių rutulinių vožtuvų pranašumai, palyginti su kitais dizainais, yra šie:
visas prievadas, užtikrinantis didelį srauto{0}}efektyvumą
mažesnis sukimo momentas
platesnis slėgio ir temperatūros diapazonas
didelis ciklo pajėgumas
aukščiausios kokybės stiebo sandarikliai
gaisrinis-saugas
mažesnės automatizavimo išlaidos.
Plaukiojančio rutulio konstrukcija iš pradžių suspaudžia rutulį tarp minkštų lizdų, kai vožtuvas surenkamas. Tai priverčia sėdynės medžiagą šaltai-tekėti į rutulio poras, sukuriant vakuumą ir žemo slėgio sandariklį. Uždarytoje padėtyje linijos slėgis priverčia rutulį į pasroviui esančią sėdynę. Tai užtikrina sandarų sėdynės slėgio ir temperatūros uždarymą.
Plaukiojantis dizainas dažniausiai yra nuo 1/4 iki 12 colių, nors kai kurie gamintojai siūlo dydžius iki 18 colių. Plaukiojančio rutulinio vožtuvo dydį riboja rutulio dydis ir svoris bei sukimo momentas, reikalingas jam pasukti, kai dydis didėja.
Sujungimo{0}}konstrukcijos veikia visiškai priešingai nei slankioji konstrukcija. Pagal spyruoklės konstrukciją rutulys negali plūduriuoti, bet yra tvirtai pritvirtintas prie koto viršuje ir veleno arba griebtuvo, naudojant apačioje esančius guolius. Lizdai prispaudžiami prie rutulio naudojant spyruoklę arba spyruokles, kad būtų sukurtas pradinis žemo slėgio sandariklis.
Sujungimo vožtuvo lizdai yra suprojektuoti su sandarikliais, kad jie būtų maitinami{0}}procesine energija, didėjant slėgiui, todėl prieš srovę esanti lizdas stipriau patenka į rutulį. Tai užtikrina sandarų sėdynės slėgio ir temperatūros uždarymą.
Slankstelių konstrukcijos paprastai užima vietą ten, kur nutrūksta slankiojo rutulio dizaino pritaikymas, o jų dydis yra nuo 3 iki 72 colių. Šios vožtuvo konstrukcijos pranašumas išryškėja didėjant vožtuvo dydžiui.
Rutulio svoris ir veikimo sukimo momentas nėra veiksniai, nes sraigto vožtuvo lizdai nepalaiko rutulio. Tai reiškia, kad sraigtinių vožtuvų lizdai gali būti specializuojasi sandarinant rutulį, todėl galima naudoti daug didesnius vožtuvus su mažesniu paleidimu, nei galima pagaminti bet kokio tipo plūduriuojančios konstrukcijos atveju.
Kūnas
Rutulinio vožtuvo korpusas gali būti liejamas, kaltas arba apdirbtas iš beveik visų įmanomų metalų. Taip yra dėl paprastos ir kompaktiškos rutulinio vožtuvo konstrukcijos. Taikomi metalai:
Spalvotųjų metalų-, pvz., žalvario, bronzos ir aliuminio
Juodieji metalai{0}}, įskaitant geležį, anglinį plieną ir nerūdijantį plieną
Nikelio{0}}pagrindo metalai, įskaitant Hastelloy, Inconel ir nikelį
Reaktyvūs metalai, įskaitant titaną, tantalą ir cirkonį.
Rutuliniai vožtuvai taip pat gaminami iš įvairių plastikų ir polimerų, įskaitant PVC, polietileną ir polipropileną. Rutuliniai vožtuvai taip pat gali būti iškloti polimerais ir plastikais, pagaminti iš keramikos, pvz., aliuminio oksido ir cirkonio oksido, arba iškloti ja.
Pagrindinė vožtuvų korpusų konstrukcija Jungtinėse Valstijose atitinka ASME (Amerikos mechanikos inžinierių draugijos) standarto B16.34 gaires. Šie standartai nustato sienelių storį, įtempių lygius ir kitus parametrus, susijusius su daugumos geležies lydinių slėgio{2}}temperatūromis.
B16.10 gairėse taip pat nurodomi priimtini daugelio vožtuvų klasių matmenys, pvz., pramonės-specifiniai standartai, pvz., API (American Petroleum Institute) standartas 6D vamzdynų vožtuvams ir API 608, „Metaliniai rutuliniai vožtuvai-flanšiniai, srieginiai ir suvirinimo galai“. Šios specifikacijos valdo matmenis, medžiagas ir pritaikymą, siekiant užtikrinti, kad vožtuvo konstrukcija išliktų vienoda kiekvienam gamintojui ir būtų saugi pagal numatytą paskirtį.
Rutuliniai vožtuvai vandens tiekimo sistemoje yra įtraukti į AWWA (Amerikos vandentiekio asociacijos) standartą C507-18, "rutuliniai vožtuvai, 6 coliai. Per 60 colių (150–1500 mm).
Daugelis kitų šalių turi nacionalinius standartus, o kelios organizacijos taip pat puoselėja tarptautinius standartus. Vožtuvų gamintojai, norintys patekti į pasaulinę rinką, turi atitikti ISO (Tarptautinė standartizacijos organizacija), PED (Europos Komisijos - Slėgio įrangos direktyva), CE (PED) ir ATEX (Bureau Veritas) standartus, be daugelio kitų, tokių kaip Kinijoje ir Rusijoje. Šių standartų laikymasis tapo prekybos su Europos Sąjunga mandatu, taip pat JIS standartai Japonijai ir panašūs reikalavimai kitur.
Kitos bendros rutulinių vožtuvų specifikacijos yra WOG (vanduo/alyva/dujos), CWP (šaltas darbinis slėgis) ir WSP (darbinis garų slėgis). Šie įvertinimai yra labiau riboti ir paprastai juos nustato atskiras gamintojas. Visos šios specifikacijos sukurs vožtuvo konstrukcijos slėgio / temperatūros kreivę, kuri sumažina slėgio reitingą kylant temperatūrai.
Kėbulo dizainai skirstomi į keturias pagrindines konfigūracijas:
Trys{0}}gabalai. Kėbulas sukonstruotas iš trijų dalių, leidžiančių lengvai išstumti centrinę kėbulo dalį iš linijos remontui, neišimant viso vožtuvo. Tai patogu, kai vožtuvai yra įsriegti arba suvirinti į vamzdyną.
Pabaigos įrašas. Šiame dizaine naudojamas vientisas-gabalas arba vieno korpuso dizainas. Visi vidiniai komponentai yra surenkami į vožtuvą per galą, kur yra sumontuotas galinis kaištis, kad išlaikytų dalis. Ši konstrukcija pašalina bet kokią kėbulo ar variklio dangčio sandarinimo formą ir pašalina galimą nuotėkio kelią.
Suskaidytas kūnas. Ši konstrukcija (5 pav.), kaip rodo pavadinimas, padalija korpusą į dvi dalis ir leidžia lengvai surinkti bei vienu korpuso sandarikliu mažiau nei trijų dalių konstrukcija.
Ši padalinto korpuso konstrukcija yra ypač naudinga, kai vožtuvas yra didelis, todėl lengviau surinkti didelius komponentus.
Viršutinis įrašas. Viršutinio įėjimo konstrukcijoje naudojamas vientisas- korpusas, kaip ir galinis įėjimas, išskyrus tai, kad korpuso viršus yra atviras, kad būtų galima surinkti vidines dalis. Tada ant vožtuvo viršaus prisukamas gaubtas, todėl šią konstrukciją galima pataisyti pagal-liniją, panašią į trijų{4}}dalių dizainą. Dažniausiai pasitaikančios viršutinio įėjimo konstrukcijos būdingos tik rutulinių vožtuvų konstrukcijoms, nes rutulys ir lizdai plūduriuoja ir veikia kartu bei kūgiškai korpuse, skirtingai nuo kitų konstrukcijų.
Kamuolys
Rutulinio vožtuvo srauto valdymo elementas, žinoma, yra rutulys. Rutulys veikia prieš sėdynę ir gali sustabdyti arba kontroliuoti srautą per vožtuvą. Rutuliai yra suprojektuoti ir pagaminti laikantis griežtų paviršiaus apdailos ir sferiškumo ar apvalumo leistinų nuokrypių. Ir rutulys, ir sėdynė yra labai svarbūs sklandžiam veikimui, mažesniam sukimo momentui ir geram sandarinimo našumui, ypač kai reikia metalinių lizdų ir metalo -to{4}}sandarinimo. Rutulinių angos konfigūracija gali skirtis nuo standartinio tiesių ir per{6}}angų stiliaus iki kelių{7}}angų stiliaus, skirto rutuliniams vožtuvams, kuriuose yra trijų- iki penkių{9}} krypčių angos. Nors daugumoje rutulinių vožtuvų konstrukcijų naudojamas pilnas sferinis rutulys, yra ir konstrukcijų, kuriose naudojamas pusė rutulio (sektoriaus) ir konstrukcijų, kuriose naudojamas kumštelis, kad rutulys įstumtų į lizdą.
Vožtuvuose naudojami rutuliai yra pagaminti iš daugelio medžiagų, įskaitant metalą, keramiką ar plastiką. Metaliniai rutuliai gali būti patobulinti įvairiomis dangomis ar paviršiaus apdorojimu. Jie naudojami siekiant užtikrinti didesnį atsparumą dilimui, atsparumą korozijai arba didelį kietumą, kad būtų išvengta nešvarumų, kai netaurieji metalai neatlaiko.
Paviršiaus patobulinimai gali apimti polimerus, liepsnos purškimą, beelektrinį nikelį, PVD dangas ir difuzijos procesus, pvz., nitrido ir borido naudojimą. Šie patobulinimai yra pagrindinė priežastis, kodėl rutuliniai vožtuvai sėkmingai naudojami įvairiose srityse, kuriose jie šiuo metu naudojami.
Sėdynės
Tobulėjant sėdynės konstrukcijai ir technologijoms, rutulinis vožtuvas tapo daugybe pritaikymų. Šios sėdynės gali atlikti kelias funkcijas, priklausomai nuo vožtuvo konstrukcijos ir lizdo medžiagos.
Jie turi užtikrinti sandarų uždarymą, jei yra elastingų medžiagų, taip pat palaikyti rutulį slankiojo rutulio konstrukcijoje, atlaikyti eksploataciją ir užtikrinti gerą ciklo tarnavimo laiką. Sėdynės taip pat gali turėti būdingus prievadus srauto valdymo tikslais.
Minkštos sėdynės paprastai vadinamos „užstrigančiomis“ konstrukcijomis, kurios užtikrina visišką -sujungimą prie veido, arba kaip lanksčios lūpų konstrukcijos, kurios sumažina kontaktą su paviršiumi, kad būtų mažesnis sukimo momentas ir pailgėtų ciklo trukmė.
Skirtingų kėbulų konstrukcijoms bus naudojamos šios arba pagrindinės minkštos sėdynės konstrukcijos variantai. Daugelio gamintojų konstrukcijose taip pat yra tam tikros formos ertmės slėgio sumažinimas, neleidžiantis pažeisti lizdo ir vožtuvo, jei uždarytame vožtuve įstrigusios terpės įstrigtų ertmės slėgis.
Šiandien naudojamos minkštos sėdynės medžiagos, bet tuo neapsiriboja:
Gumos, įskaitant neopreną ir buną
Fluoropolimerai, įskaitant PTFE, TFM, PBI ir PFA
UHMWPE (itin{0}}didelės molekulinės masės polietilenas)
PEEK (polieterio eterio ketonas)
Delrinas
Nailonas
Metalinės sėdynės yra naudojamos rutuliniuose vožtuvuose, kad būtų galima atlikti sudėtingiausius darbus, įskaitant aukštą slėgį, aukštą temperatūrą, abrazyvumą ir srauto valdymą.
Naudojama daug metalinių sėdynių konstrukcijų, iš kurių dažniausiai yra tvirto metalo sėdynės, grūdintos arba padengtos paviršiumi ir pritvirtintos prie panašiai grūdinto rutulio. Tai atitinka rutulio ir sėdynės paviršius, kad būtų užtikrintas geras sandarumas.
Kiti dizainai apima sukepintą metalą, impregnuotą grafitu arba PTFE, ir net kai kuriuos lanksčius dizainus. Tamprios lizdai turi būti sandarūs -burbulams, tačiau daugumoje vožtuvų su metalinėmis lizdais leidžiamas tam tikras nuotėkis, atsižvelgiant į metalinių -rutulinių vožtuvų nuotėkio specifikacijas. Dažniausios iš šių specifikacijų yra MSS-SP-61 ir API 598. Kitos specifikacijos, kurios dažniausiai taikomos rutuliniams vožtuvams su metaliniu tarpikliu, apima FCI 70.2 ir API standartus.
Daugumoje metalinių -sėdimųjų plūduriuojančių rutulinių konstrukcijų naudojamos spyruoklės ir (arba) sandarikliai, kad suspaustų sėdynes prie rutulio ir užsandarintų sėdynės galinę dalį esant žemam slėgiui. Didėjant slėgiui, rutulys plūduriuoja prieš pasroviui esančią sėdynę ir užtikrina sėdynės slėgio ir temperatūros konstrukciją, panašiai kaip ir minkštos -sėdimos versijos.
Spyruoklių konstrukcijose naudojamos spyruoklės ir dažnai keli sandarikliai, kad užfiksuotų linijos slėgį, todėl, didėjant slėgiui, sėdynės prispaudžiamos prie rutulio. Kai kurie gamintojai net apdirba lizdo paviršių į vožtuvo korpusą, pašalindami spyruokles ir sandariklius viena kryptimi. Tačiau tai paprastai lemia vienkrypčio vožtuvo veikimą.
Stiebai
Kotas naudojamas rutuliniame vožtuve pasukti rutulį į atvirą arba uždarą padėtį arba į tarpinę padėtį srauto valdymui. Medžiagos, skirtos stiebams, turi atlaikyti ne tik korpuso, kamuolio ar sėdynių spaudimą. Jie turi būti atsparūs korozijai ir proceso temperatūrai, išlaikant pakankamai stiprumo, kad atlaikytų sukimo momentą, taikomą veikiant vožtuvui. Dėl šios priežasties stiebo gamybai dažniausiai pasirenkamos didesnio stiprumo ir -korozijai atsparios medžiagos.
Kadangi kotas yra jungtis su kamuoliuku, jis turi praeiti per korpusą, kad būtų galima valdyti išorėje. Tam reikia, kad kotas būtų su sandarikliais, kad vožtuve nepatektų terpė. Tarpikliai turi sandariai užsandarinti-burbuliukus, atlaikyti skysčio koroziją ir temperatūrą bei užtikrinti gerą ciklo tarnavimo laiką.
Tipiškos stiebo sandarinimo medžiagos yra polimerai, tokie kaip PTFE ir PEEK. Dėl aukštesnės temperatūros arba priešgaisrinės saugos paprastai naudojami grafito kotų sandarikliai. Šios medžiagos išlieka lanksčios plačiame temperatūrų diapazone ir yra chemiškai atsparios. Ugnies-sandariuose vožtuvuose sandarikliai turi atlaikyti gaisrą ir nepratekėti.
Sukamieji ketvirtiniai{0}}vožtuvai, tokie kaip rutulinis vožtuvas, turi geriausiai{1}}veikiančius koto sandariklius. Taip yra dėl to, kad stiebas juda sukamuoju judesiu, o ne kylančio koto judesiu, kuris aptinkamas vartuose ir gaubtiniuose vožtuvuose. Atsižvelgiant į šiandienos aplinkosaugos problemas ir taisykles, vožtuvų gamintojams ir galutiniams{4}}naudotojams labai svarbus koto sandariklio veikimas.
Stiebo sandarikliai skirstomi į dvi pagrindines kategorijas: koto-sandarikliai ir korpuso-sandarikliai su energija. Šios konstrukcijos naudoja daug skirtingų tipų sandariklių, iš kurių dažniausiai naudojami plokšti žiedai, ševronas, puodelis ir kūgis bei monolitiniai elementai.
Stiebas Energizuotas.Šioje konstrukcijoje paprastai yra keli sandarinimo žiedai. Kai kurie iš jų yra vožtuvo korpuso slėgio ribos viduje, kuri tampa pagrindiniu sandarikliu, o kiti yra už slėgio ribos, vadinamoje „įpakavimo“ arba „įdaru“ dėžutėje.
Šie sandarikliai suspaudžiami arba įkraunami stiebo veržle patraukiant į viršų, kuri tuo pačiu metu suspaudžia viršutinius sandariklius sandarinimo laikikliu. Daugumoje šių konstrukcijų yra „Belleville“ spyruoklės, kad būtų galima apkrauti sandariklius. Dėl to koto sandariklio agregatas savaime-reguliuojasi ir kompensuoja temperatūrą, todėl ciklas trunka ilgiau, kol nereikia iš naujo reguliuoti.
Kūnas Energingas.Šioje konstrukcijoje sandarinimas atliekamas virš slėgio ribos sandarinimo dėžėje, naudojant vieną arba kelis sandarinimo žiedus. Kai kurie gamintojai gali naudoti traukos guolį ant koto žemiau slėgio ribos, tačiau iš tikrųjų ten joks sandarinimas nėra atliekamas.
Šie sandarikliai užkraunami naudojant "jungą" arba "riebokšlio plokštę", suspaudžiant sandariklius sandarinimo dėžėje, naudojant varžtus, įsriegtus į korpusą. Konstrukcijoje paprastai naudojamos kelios „Belleville“ spyruoklės ant varžtų, kad vėl „gyvai apkrautų“ riebokšlio plokštę, todėl koto sandariklis pats{1}}reguliuojasi.
Šios konstrukcijos pranašumas yra tas, kad kotas gali laisvai plūduriuoti tarpiklių viduje, sumažinant sukimo momentą ir pailginant koto sandariklio tarnavimo laiką. Šis dizainas taip pat leidžia naudoti „besiskiriančios emisijos“ dizainus, kuriuose naudojami keli sandariklių rinkiniai, sukuriantys papildomus arba perteklinius sandariklius, skirtus toksiškoms ir didelio ciklo{1}}tarpiams.
Programos
Šiuolaikiniuose rutuliniuose vožtuvuose siūlomos pažangios konstrukcijos ir medžiagos, todėl jie naudojami daugelyje paslaugų ir pramonės šakų. Šių programų sėkmė priklauso nuo teisingų visų šių konstrukcijų ir komponentų specifikacijų, kaip aptarta.
Kamuoliukų dizainas neapsiriboja įjungimo/išjungimo paslauga. Jie gali būti naudojami srautams nukreipti, valdyti arba maišyti. Įvairios funkcijos gali būti atliekamos naudojant kelis prievadus nukreipimui ir maišymui arba turint būdingą prievadą, pvz., V-prievadą srauto valdymui.
Ketvirčio-posukio valdymo rutulinis vožtuvas vis dažniau naudojamas vidutinio slėgio{1}}slėgio kritimo srauto valdymo programose. Taip yra dėl proceso pranašumų – mažesnės sąnaudos, sandaraus uždarymo ir didelio tikslumo, kai kartu su skaitmeniniais elektrinio ir pneumatinio paleidimo valdikliais.
Taip pat yra specialių rutulinių vožtuvų konstrukcijų, skirtų unikalioms reikmėms. Tai gali būti kriogeninio aptarnavimo vožtuvai, kurie turi atlaikyti itin žemą temperatūrą, ir aukšto-slėgio garų vožtuvai, kurie turi atlaikyti itin aukštą temperatūrą ir slėgį.
Kiti rutuliniai vožtuvai apima jų naudojimą tokiose pramonės šakose kaip farmacija, aviacija, branduolinė, biotechnologijos ir celiuliozės bei popieriaus pramonė. Naudojamos rūgštys ir cheminės medžiagos, srutos, terminiai skysčiai, garai ir kriogeninės medžiagos.
Išvada
Kompaktiškas dizainas, naudojimo paprastumas, lengvas remontas ir didelės našumo galimybės padėjo rutuliniam vožtuvui tapti dominuojančiu dizainu šiuolaikinėse pramonės srityse. Rutuliniai vožtuvai ir toliau tobulinami, kad atitiktų naujus ir sunkesnius reikalavimus.
Pramonės sektoriuje vis daugiau dėmesio skiriama saugai, aplinkai, geresniam efektyvumui ir sąnaudų mažinimui. Taigi, rutulinio vožtuvo turtas ir toliau taps svarbiu žaidėju su daugybe būsimų vaidmenų.