Шаровые краны с плавающим шаром

Что такое кран с плавающим шаром?

В конструкции с плавающим шаром шар не закреплен в корпусе верхней и нижней цапфами. Вал, поворачивающий шар, лишь передает крутящий момент, а шар имеет ограниченную осевую свободу между седлами на входе и на выходе. При закрытии давление на входе смещает шар к седлу на выходе, и эта сила поддерживает уплотнение.

Такой принцип работы делает кран конструктивно простым и прочным. В исполнениях для тяжелых условий седло предпочтительно выполняется непосредственно в концевом адаптере, после чего покрывается и притирается совместно с шаром. Поскольку отдельной детали седла нет, исключается возможный путь протечки между седлом и корпусом, и кран надежнее выдерживает высокое давление, высокую температуру и эрозионные условия.

Конструкции с плавающим и с опорным шаром решают разные задачи. В конструкции с опорным шаром шар опирается на валы, а нагрузку от давления воспринимают подшипники; такой подход выделяется в крупных регулирующих клапанах. Конструкция с плавающим шаром — сильный вариант для запорных и отсечных задач, требующих плотного перекрытия с металлическим уплотнением.

Как уплотняется плавающий шар?

Арматура этого типа открывается и закрывается поворотом до 90 градусов. Ключевой фактор, создающий уплотнение, — давление среды, действующее на шар в закрытом положении.

1.      Открытое положение: Канал шара совмещен с направлением потока, и среда проходит через шар.

2.      Закрытие: Рукоятка или привод поворачивает шар через вал на четверть оборота. Механически обработанные упоры на стопорной пластине предотвращают перекрут и сохраняют соосность.

3.      Посадка с поддержкой давлением: В закрытом положении давление на входе прижимает плавающий шар к седлу на выходе, и эта сила поддерживает уплотнение.

4.      Сохранение нагрузки на седло: Тарельчатые пружины поддерживают нагрузку на седло; в сварных и резьбовых исполнениях малых диаметров держатель седла защищает пружину от противодавления.

Плавающий шар с металлическим уплотнением

В исполнениях для тяжелых условий поверхности шара и седла покрываются карбидом хрома или карбидом вольфрама методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF). Эти покрытия образуют на основном металле очень твердый и плотный слой, стойкий к износу, коррозии и эрозии. Взаимная притирка шара и седла обеспечивает надежное уплотнение.

Двустороннее уплотнение

В стандартном исполнении предпочтительное направление потока — прямое, в сторону интегрированного седла. Для применений, где уплотнение требуется и в обратном направлении, предусмотрена опция двустороннего уплотнения, которую необходимо указать при заказе; уплотнение при обратном потоке в этом случае соответствует классу V, тип B по ANSI/FCI 70-2.

Ключевые особенности

·         Простая двухсоставная конструкция: Двухсоставная конструкция с плавающим шаром и небольшим числом деталей.

·         Интегрированное металлическое седло: Седло выполнено в концевом адаптере, покрыто и притерто к шару; дополнительного пути протечки нет.

·         Шар с твердым покрытием: Покрытие HVOF из карбида хрома (стандартно) или карбида вольфрама; варианты покрытий с напылением и оплавлением.

·         Вал с защитой от выброса: Цельный вал с поверхностным упрочнением и полировкой, без штифтов.

·         Сальник с пружинным поджатием: Сальник с тарельчатыми пружинами сохраняет поджатие при колебаниях температуры и легко регулируется.

·         Металлическая прокладка корпуса: Самоуплотняющаяся металлическая прокладка помогает предотвратить протечки при тепловых переходных режимах.

·         Боковой монтажный кронштейн: Исключает боковую нагрузку на вал и сальниковую камеру и обеспечивает удобный доступ к гайкам сальника.

·         Механически обработанные упоры: Стопорная пластина на 90 градусов предотвращает перекрут и сохраняет критически важную соосность.

Технические характеристики

Приведенные ниже значения относятся к семейству двухсоставной арматуры с плавающим шаром и металлическим уплотнением для тяжелых условий.

Для фланцевых присоединений верхние пределы температуры ниже; подробности — на странице шаровых клапанов с металлическим уплотнением для тяжелых условий. Значения подтверждаются для каждого проекта.

Основные преимущества

·         Надежное перекрытие: Давление среды поддерживает уплотнение, а притертое металлическое седло обеспечивает плотное перекрытие.

·         Простая и прочная конструкция: Малое число деталей упрощает обслуживание и управление запасными частями.

·         Стойкость к тяжелым условиям: Твердые покрытия и металлические седла обеспечивают долгий срок службы при высоких температурах и в эрозионных средах.

·         Детали, ориентированные на безопасность: Вал с защитой от выброса, механически обработанные упоры и металлическая прокладка корпуса.

·         Широкий диапазон размеров и давлений: Исполнения от 1/2 in до 36 in и от CL150 до CL4500.

Области применения

Краны этой конструкции с металлическим уплотнением применяются в разных отраслях в точках, где требуется плотное перекрытие при высокой температуре, высоком давлении и в эрозионных условиях.

Высокие температуры и высокое давление

Запорные и отсечные задачи на высокотемпературных линиях с корпусами из легированной стали.

Эрозионные среды

Плотное перекрытие в средах с твердыми частицами или эрозионных средах благодаря шару и седлу с твердым покрытием.

Среды с сероводородом

Применение на сернистых жидкостях и газах с материалами в соответствии с NACE MR0103.

Критерии выбора крана с плавающим шаром

Успешная эксплуатация зависит от правильного определения условий работы и режима управления.

Условия эксплуатации

·         Расчетное давление и температура

·         Содержание твердых частиц и риск эрозии

·         Возможность противодавления или обратного потока

·         Требования для сред с сероводородом

Конструкция и присоединение

·         Размер и тип прохода (полный или уменьшенный)

·         Сварное, резьбовое или фланцевое присоединение

·         Материал корпуса и тип покрытия

Управление

·         Частота циклов (необходимость исполнения для большого числа циклов)

·         Управление рукояткой или приводом

·         Требование блокировки

·         Если требуется непрерывное дросселирование — оценка шаровой конструкции регулирующего типа

Стандарты

Основные стандарты, применимые к арматуре с плавающим шаром для тяжелых условий:

Прочие требования к герметичности оцениваются для каждого проекта.

Подход TLY Enerji

На бумаге эта конструкция выглядит простой, но ее успех при высоких температурах и в эрозионных средах зависит от правильной оценки материала корпуса, покрытия, типа присоединения и сценариев противодавления. TLY Enerji выполняет такую оценку на основе технологических данных и истории отказов.

Для отсечных и запорных точек мы с техническим обоснованием сообщаем, подходит ли конструкция с плавающим шаром или там, где нужно непрерывное дросселирование, уместнее шаровые клапаны регулирующего типа. После определения материала корпуса, температурного предела и опций готовятся предложение и документация, а поддержка при монтаже и пусконаладке планируется в рамках проекта. Для задач с большим числом циклов также прогнозируются межремонтные интервалы и потребность в запасных частях, и эти данные передаются эксплуатационному персоналу.

·         Анализ условий эксплуатации и отказов

·         Выбор материалов и покрытий

·         Определение присоединения и класса давления

·         Предложение и документация

·         Координация поддержки на площадке

Часто задаваемые вопросы

Как обеспечивается уплотнение в конструкции с плавающим шаром?

Когда кран закрыт, давление на входе смещает шар к седлу на выходе. Поскольку шар не удерживается цапфами, эта сила передается непосредственно на поверхность контакта с седлом и поддерживает уплотнение. В исполнениях с металлическим уплотнением шар и седло притираются друг к другу для обеспечения герметичности.

Чем кран с плавающим шаром отличается от крана с опорным шаром?

В плавающей конструкции шар свободно находится между двумя седлами, и нагрузка от давления передается на седло. В кране с опорным шаром шар опирается на верхний и нижний валы, нагрузку от давления воспринимают подшипники, а ось шара остается неподвижной. Плавающая конструкция подходит для отсечных задач с плотным перекрытием, а конструкция с опорным шаром выделяется в регулировании и на больших диаметрах.

Уплотняет ли кран с плавающим шаром при обратном потоке?

В стандартном исполнении предпочтительное направление потока — в сторону интегрированного седла, и испытание на герметичность по API 598 проводится в этом направлении. Если уплотнение нужно и в обратном направлении, при заказе необходимо указать опцию двустороннего уплотнения; уплотнение при обратном потоке в этом случае соответствует классу V, тип B по ANSI/FCI 70-2.

На какие температуры рассчитаны краны с плавающим шаром и металлическим уплотнением?

Температурный предел зависит от материала корпуса и типа присоединения. Для сварных и резьбовых концов верхние пределы составляют 427 °C для углеродистой стали, 649 °C для F91 и 760 °C для F316H; нижний предел — -29 °C для углеродистой стали и -40 °C для нержавеющей стали. Для фланцевых присоединений верхние пределы ниже.

Можно ли использовать кран с плавающим шаром для регулирования (дросселирования)?

Такие краны с металлическим уплотнением предназначены прежде всего для запорных и отсечных задач, требующих плотного перекрытия. Для точек, где нужно непрерывное регулирование расхода, более подходящим выбором являются шаровые клапаны регулирующего типа с профилированным шаром и малым люфтом или седельные регулирующие клапаны.

Почему важны покрытия шара и седла?

Высокая температура, среды с твердыми частицами и частые циклы вызывают быстрый износ металлических поверхностей. Покрытия из карбида хрома или карбида вольфрама, нанесенные методом HVOF, образуют твердый и плотный слой, прочно сцепленный с основным металлом; стойкость к износу, коррозии и эрозии возрастает, а срок службы уплотнения увеличивается.