Наиболее распространенным типом клапана в современном мире, вероятно, является шаровой клапан. Миллионы используются, и большинство из них находятся под вашим носом или буквально под вашими руками, когда вы моете у раковины. Правильно - клапан крана на самом деле является глобусным клапаном, скрытым под блестящим слоем хромирования. Эти утилитарные устройства контроля потока также являются сердцем каждого лотка для шланга. Фактически, в сантехнической промышленности сегодня используется больше шаровых клапанов, чем в любом другом сегменте промышленности.
Тем не менее, глобус также является предпочтительным клапаном практически во всех отраслях, в которых необходимо регулировать расход. Основной шаровой клапан также похож на его более сложный кузен, многооборотный регулирующий клапан. Фактически, регулирующий клапан - это всего лишь глобусный клапан с колоколами и свистами, прикрепленный в виде автоматического управления, сбалансированной работы, позиционера, контроллера, схем обратной связи и т. Д.
Рисунок 1. Болт с шаровым клапаном 
Рисунок 2. Фуговальный клапан кованой стали (FS) 
Рисунок 3. Клапан сальникового уплотнения 
Рисунок 4. Шаровой клапан с герметичным уплотнением Y- образной формы ЛУЧШЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ГЛОБОВ
Хотя шаровой клапан может использоваться как блок или запорный клапан, он в первую очередь предназначен для регулирования потока в частично открытом положении, а задвижки предназначены для полностью открытого или полностью закрытого положения. При рассмотрении клапанов с шаровым краном для использования в режиме выключения изоляции выбор конструкции должен быть тщательно рассмотрен, потому что трудно поддерживать плотное уплотнение против сильной нагрузки на диск.
Конструкторы трубопроводов при указании клапана прежде всего учитывают, насколько хорошо он эмулирует прямой ход трубы, находясь в открытом положении. Клапаны, такие как ворота, бабочка и полноприводные шары, делают очень хорошую работу в этом отношении. Тем не менее, глобусный клапан из-за его извилистого внутреннего пути потока не очень хорошо имитирует прямой проход трубы. Вместо этого угловой поток зигзага создает флюид флюида, что, в свою очередь, замедляет поток жидкости через клапан. «Cv» (или измерение коэффициента расхода) для клапанов с одним и тем же размером и шаровых клапанов будет значительно отличаться, поскольку затвор имеет малое сопротивление потоку в открытом положении.
Механизм закрытия шарового клапана, который называется диском или штепсельной вилкой, может обрабатываться во многих различных формах. Изменяя форму диска, скорость потока через клапан при его открытии может сильно варьироваться пропорционально количеству оборотов стержня. Большинство сервисов используют более распространенную или «обычную» форму шара или сферического типа, потому что она открывает больше, чем другие конструкции для любого движения стержня. Конструкция диска V-port используется для тонкого дросселирования в широком диапазоне процентных проходов и адаптируется к любым размерам шаровых клапанов. Конструкция игольчатого диска используется для очень тонкой регулировки потока, но обычно только для небольших размеров. Когда требуется абсолютное отключение или когда есть проблема с герметизирующими жидкостями с мельчайшими взвешенными частицами, эластомерную вставку с мягким расположением можно установить либо на диск, либо на сиденье.
ТРИМ
В шаровых клапанах компоненты, которые несут основную нагрузку потока текучей среды во время операции закрытия, называются обрезкой. Они представляют собой сиденье и диск, стебель, а иногда и оборудование, которое соединяет шток с диском. Правильная конструкция отделки и правильный выбор материалов отделки критически важны для максимальной работы и долговечности любого клапана, особенно шаровых клапанов, которые имеют высокое флюидное трение и свернутый путь потока. Когда сиденье и диск движутся ближе друг к другу, скорость и турбулентность на обоих увеличивается, создавая потенциал для повреждения кавитацией и эрозией. Эта повышенная скорость может привести к тому, что обрезка будет съедена, в результате чего клапан будет плохо протекать в закрытом положении. Когда шаровой клапан используется для управления высококоррозионными жидкостями, может быть усугублен ущерб от кавитации и эрозии. Иногда этот дефект выглядит как тонкий срез на сиденье или диске, который называется волочением проволоки. Однако, если он не будет быстро восстановлен, этот первоначальный небольшой путь утечки может расширяться и стать основным каналом утечки.
На более мелких бронзовых клапанах, отделка - это тот же материал, что и остальная часть клапана или аналогичный бронзовый сплав с большей прочностью. На железных клапанах, обычный материал отделки - бронза. Обозначение для этой отделки на железных клапанах - «IBBM», что означает «железный корпус с бронзой». Стальные клапаны предлагаются в различных материалах отделки, но обычно имеют один или несколько компонентов отделки мартенситной нержавеющей стали серии 400 стали. Также используются жесткие облицовки, такие как Стеллит, а также нержавеющие стали серии 300 и медно-никелевые сплавы.
ПАТЕНТЫ И ДИЗАЙНЫ
Клапаны Globe доступны в трех основных моделях. Наиболее распространенным является шаблон «Т», где стержень перпендикулярен к линии трубопровода. Подобно Т-образному рисунку - это шаблон угла, но поток поворачивается на 90 градусов в клапане, чтобы позволить угловому клапану служить как устройством управления потоком, так и трубкой 90 градусов. Шаровой клапан с угловым рисунком по-прежнему широко используется на вершине котлов и является образцом, используемым для большинства дросселей на установках для добычи нефти, называемых елочными деревьями.
Дизайнеры клапанов не довольствуются базовым дизайном шарового клапана. В то время как другие старые конструкции клапанов, такие как ворота и штепсельные вилки, остались почти такими же, как 100 лет назад, дизайнеры растянули границы шарового клапана, чтобы превратить его в высокопроизводительное устройство контроля потока.
Третий и новейший дизайн, образец «Y», был разработан в целях уменьшения турбулентности, происходящей в корпусе шарового клапана, а также обеспечения более жесткой конструкции. В этом типе земного шара капот, шток и диск наклонены на 30 градусов до 45 градусов, что приводит к более прямому пути потока и меньшему трению флюида. Это уменьшенное трение означает меньший потенциал эрозионного повреждения клапана, а также лучшие общие характеристики потока для системы трубопроводов.
Клапанные клапаны поставляются в различных конструкциях капота, и каждая конструкция имеет свою собственную цель. Для небольших бронзовых клапанов наиболее популярна конструкция с внутренним винтом. В этой конструкции резьба штока содержится в оболочке давления / жидкости крышки клапана. Такая конструкция проста в изготовлении, но она имеет один недостаток - нитки подвергаются воздействию технологической жидкости. В результате критическая резьба штока может быть повреждена при воздействии агрессивной жидкости. Однако этот тип клапана обычно используется для воды или пара низкого давления.
На клапанах, которые больше, чем около NPS 2 или для клапанов с коррозионным воздействием, очень предпочтительны конструкции капота, где нити штока находятся снаружи оболочки давления / жидкости. Наиболее распространенным из этих конструкций называется внешний винт и хомут, также известный как OS & Y, который является наиболее распространенной конструкцией для крупных промышленных клапанов.
Соединение корпуса / крышки на шаровых клапанах поставляется в различных исполнениях. Оба резьбовых соединения и соединительные колпачки находятся на более мелких бронзовых клапанах, а болтовая крышка - на большинстве стальных и металлических клапанов. Капот уплотнения давления используется на высокотемпературных высокотемпературных шаровых клапанах, например, с конструкцией Y-образного исполнения.
СОЕДИНЕНИЕ КОТЛА
Клапаны и котлы Globe буквально и образно соединены более 150 лет. Фактически, шаровые клапаны настолько важны для котлов, что код котла и сосуда Американского общества инженеров-механиков (ASME) определяет, как клапаны следует использовать в котельных. Первый клапан на выходной линии котла, как правило, представляет собой стопорный обратный клапан, также известный как клапан возврата без возврата или котла. Стоп-проверка на самом деле представляет собой два клапана в одном шаровом клапане для регулирования расхода и обратный клапан для предотвращения обратного потока. Диск на стоп-чеке не прикреплен к штоку, но направляется в капот клапана, что позволяет свободно перемещаться вверх и вниз при поднятии штока. Это позволяет регулировать расход, но когда происходит обратный поток, отсоединенный диск функционирует как обратный клапан поршня и быстро закрывается, предотвращая обратный поток в котел. Если требуется для более плотного отключения, стоп-стоп может быть опущен, что препятствует перемещению диска в полностью открытом положении.
В дополнение к регулированию выхода котла, стоп-обратный клапан также используется для других применений, где комбинация обратного клапана и шарового клапана имеет смысл для проектировщика трубопроводов.
Еще одно приложение шарового крана котла прослеживает свое наследие на железной лошади. Когда вы видите фотографии локомотива с огромными парами пара, вытекающими с боков, вы смотрите на продувочный клапан с продувкой котла на работе. Выдувной клапан позволяет удалять избыточную воду из котла, который изредка требуется. Клапаны с раздувом все еще используются на стационарных котлах.
АДАПТИВНЫЙ ДИЗАЙН
Клапан с шаровым клапаном не только начинал производство клапанов в целом, но и создал огромный сегмент регулирующего клапана, который существует сегодня. Дизайнеры систем управления взяли оригинальный шаровой клапан и превратили его в автоматическое регулировочное устройство для более эффективного решения проблем управления жидкостью. Первоначально эти регулирующие давление клапаны были разработаны для управления парами в котлах и насосах. Эти ранние регулирующие клапаны, также известные как регуляторы, теперь называются регулирующими клапанами и используются по всему миру практически во всех отраслях, требующих контроля жидкости.
Конструкция шаровых клапанов также очень адаптируется к услугам, отличным от регулирования или блокировки маховика или привода. Если вы возьмете стандартный шаровой клапан, снимите его маховик и хомут и замените их калиброванной пружиной или противовесом, земной шар станет предохранительным клапаном. Если вы удалите тот же маховик и хомут и замените их поплавком и рычагом, он станет регулятором уровня. И, вероятно, наиболее заметной адаптацией шарового клапана является пожарный гидрант, который является шаровым клапаном с маховичком и втулкой хомута, замененной длинной удлинительной трубкой и шляпой для шлема.
МАЛЫЙ ЛУЧШЕ
В отличие от некоторых других конструкций клапанов, таких как ворота и бабочка, земной шар обычно не изготавливается в очень больших размерах. Частично это объясняется тем, что большая площадь диска, действующая непосредственно на шток, создает гораздо большую силу, чем то, что создано для затвора или другого впускного клапана того же размера. Большие шаровые клапаны, работающие при высоком дифференциальном давлении, почти всегда требуют некоторой механической поддержки для закрытия под давлением, обычно в форме ручного или моторизованного оператора передач или, в некоторых случаях, маховика с молотком. Из-за большой площади поверхности диска клапана и давления, оказываемого на диск снизу, большие шаровые клапаны низкого давления требуют дополнительной прочности в конструкциях капота, чтобы они не сгибались и не просачивались мимо сидений в закрытом положении.
В то время как очень крупные шаровые клапаны не являются общими, небольшие шаровые клапаны, которые вписываются в ладонь вашей руки. Эти небольшие клапаны, обычно изготовленные из твердого стержня, широко используются для клапанов приборов в научных средах, применениях для отбора проб жидкости или в любом месте, где требуется регулирование жидкости малого диаметра. Многие из них являются игольчатыми типами и обеспечивают очень точное управление потоком. Некоторые из них также оснащены различными соединениями труб, что позволяет легко подключаться к трубопроводам. В то время как большинство стержней шарового клапана имеют вращающийся тип, у некоторых из них нет вращающихся стеблей, чтобы уменьшить вероятность стяжки.
Большинство шаровых клапанов предназначены для регулирования потока, но некоторые специально разработанные типы высокого давления Y-образного типа умеют плотно уплотнять поток текучей среды в блоке или в режиме off-off. Поскольку диск перемещается прямо на сиденье, тяга на штоке переносится непосредственно в силовое усилие. Это позволяет использовать практически все выходное усилие привода для герметизации клапана от утечки. Чаще всего эти шары высокого давления строятся с уплотнением под давлением вместо болтовых шляпок. Крышка уплотнения под давлением увеличивает герметичность при увеличении внутреннего давления жидкости.
Клапанные клапаны обычно имеют предпочтительное направление потока, которое обычно подтверждается стрелкой, отпечатанной или отлитой в наружную сторону корпуса клапана. Для большинства общих сантехнических и промышленных применений основное направление потока вверх относительно диска. Этот восходящий поток более плавный и вокруг диска, и он обеспечивает свободное вращение диска на штоке, что позволяет клапану находить свое подходящее сиденье или «пригонка» при закрытии. В некоторых приложениях, таких как блокировка высокого давления или включение-выключение, предпочтительное направление потока падает на верхнюю часть диска, а не под ним. Но эти ситуации редки.
СТАНДАРТЫ И МАТЕРИАЛЫ
Конструкция и конструкция шарового крана покрыты по ряду отраслевых спецификаций. Как ни странно, Американский институт нефти (API), который имеет стандарты для всех других основных типов клапанов, не имеет стандарта для шаровых клапанов, больших, чем NPS 2. В таблице 1 перечислены некоторые из наиболее распространенных стандартов для шаровых клапанов.
Материалы, используемые в конструкции шарового клапана, управляют гаммой от основной бронзы до высоколегированных сплавов. Бронза по-прежнему остается наиболее используемым материалом шарового клапана, а за ним следуют железо и литая сталь. Для криогенных применений используются клапаны из нержавеющей стали и бронзы, требующие только расширенной крышки для предотвращения замерзания области сальникового уплотнения.
Таблица 1. Общие стандарты шарового клапана
MSS SP-42 - Класс 150, коррозионно-стойкие, запорные, шаровые и обратные клапаны
MSS SP-80 - Бронзовые ворота, глобусы, угловые и обратные клапаны
MSS SP-85 - Серый металлический глобус и угловые клапаны, фланцевые и резьбовые концы
MSS SP-118 - Компактный стальной глобус и обратные клапаны (обслуживание химических и нефтеперерабатывающих заводов)
API 602 - Стальные ворота, шаровые и обратные клапаны для размеров dn 100 (NPS 2) и меньше для нефтяной и газовой промышленности
BSI 1873 - Стальные заслонки и шаровые краны и обратные клапаны (фланцевые и стыковые концы) для нефтяной, нефтехимической и смежных отраслей
ISO 12149 - Задвижки из гофрированного стального затвора для универсальных применений
MSS - Общество стандартизации производителей отрасли клапанов и фитингов
API - Американский институт нефти
BSI - Британский институт стандартов
ISO - Международная организация по стандартизации
Независимо от того, контролирует ли он воду для ванны в кране, масло на нефтеперерабатывающем заводе или пар на силовой установке, клапаны «солдат» в мире работают 24 часа в сутки. Несмотря на то, что их базовый дизайн не изменился за последние 150 лет, эти благородные члены семейства клапанов продолжают хорошо работать и должны обеспечить ценные услуги для отрасли контроля потока в течение следующих 150 лет.
