Что такое шаровой клапан с опорным шаром?
По способу опоры шара шаровые клапаны делятся на две основные конструкции. В конструкции с плавающим шаром шар свободно находится между двумя седлами, и давление в линии прижимает его к седлу со стороны выхода, обеспечивая герметичность. В трунионной конструкции шар опирается на верхний и нижний валы: его ось неподвижна, а нагрузку от давления воспринимают подшипники, а не уплотнения.
В регулирующих клапанах опорное крепление удерживает шар на одной и той же оси в любом положении. Благодаря этому контакт шара с уплотнением при дросселировании остается предсказуемым, уплотнение изнашивается равномерно, а движение привода доходит до шара без потерь. Усиленные опорные цапфы рассчитаны на сокращение времени и затрат на обслуживание в сложных условиях, где требуется длительный срок службы.
Рассматриваемые здесь шаровые регулирующие клапаны с опорным шаром представлены двумя семействами: сегментным — с незасоряющимся шаром с V-образным вырезом, и полнопроходным — с вариантами аттенюаторов для снижения шума и кавитации. В обоих используются шлицевые соединения вала. Семейство выбирают в зависимости от содержания твердых частиц или волокон, диаметра трубопровода и необходимости снижать шум или кавитацию.
Как работает опорное крепление шара?
При опорном креплении шар удерживается валами, вращающимися в подшипниках корпуса. Когда привод поворачивает шар, его ось не смещается; поэтому геометрия контакта уплотнения и шара сохраняется на всем угле поворота, а поведение при регулировании остается предсказуемым.
1. Опора шара: Шар установлен в подшипниках корпуса через приводной вал и ведомый вал (цапфу) на противоположной стороне. Усилие от давления среды на шар воспринимают эти подшипники.
2. Нагружение уплотнения: Уплотнение прижимается к шару контролируемым усилием пружины или давления. Задача уплотнения — герметизация; шар оно не несет.
3. Передача движения: Шлицевые соединения вала и двойные втулки со стороны привода передают движение привода на шар без зазоров.
4. Регулирование и отсечение: В промежуточных положениях шар дросселирует поток; в закрытом положении уплотнение прилегает к поверхности шара и обеспечивает герметичность выбранного класса.
Опорный шар или плавающий шар
Конструкция с плавающим шаром использует давление в линии для создания герметичности; простота устройства и наличие исполнений с металлическими седлами для тяжелых условий делают ее популярной для режима «открыто–закрыто». В трунионной конструкции нагрузка от давления передается на подшипники, поэтому контактные поверхности уплотнения и шара нагружены меньше, а положение шара при регулировании остается более стабильным.
Влияние на качество регулирования
Неподвижная ось шара делает проходное сечение воспроизводимым при дросселировании. Опорное направление шара вместе со шлицевыми соединениями «шар–вал» и «вал–привод» улучшает динамику регулирования. В полнопроходном семействе уплотнение шара можно заменить без демонтажа привода; в сегментном семействе узел уплотнения обновляется со стороны входа клапана без извлечения шара из корпуса.
Ключевые особенности
· Износостойкая опора: Шар на опорах рассчитан на длительный срок службы и высокую износостойкость.
· Усиленные цапфы: Опорные цапфы шара рассчитаны на сокращение времени и затрат на обслуживание в сложных условиях.
· Шлицевые соединения: Шлицевые соединения «шар–вал» и «вал–привод» уменьшают люфт.
· Два семейства клапанов: Сегментное с V-образным вырезом (1–24 in) и полнопроходное (6–24 in) семейства с опорным шаром.
· Гибкий выбор уплотнений: Неметаллические и металлические уплотнения; в полнопроходном семействе — одинарная, двойная схема и схема двойного запирания со сбросом (double block-and-bleed).
· Вставки против шума и кавитации: В обоих семействах доступны аттенюаторы и специальные внутренние элементы для газовых и жидкостных сред.
· Простое обслуживание: Уплотнения заменяются без демонтажа привода и без извлечения шара из корпуса.
Технические характеристики
Основные данные по исполнениям семейств шаровых регулирующих клапанов с опорным шаром:
Параметр | Технические данные |
Опора шара | Трунионная (на валах), неподвижная ось шара |
Сегментное семейство – размер | 1–24 in (DN25–600) |
Сегментное семейство – присоединение | Фланцевое CL150, CL300; бесфланцевое CL600 (фланцевое для 2–8 in); варианты по EN 1092-1 |
Сегментное семейство – характеристика | Модифицированная равнопроцентная |
Сегментное семейство – герметичность | Неметаллическое уплотнение Class VI; Class IV или III в зависимости от варианта металлического уплотнения |
Полнопроходное семейство – размер | 6, 8, 10, 12, 16, 20 и 24 in |
Полнопроходное семейство – присоединение | Фланцы CL150, CL300, CL600 RF (ASME B16.5); опционально CL900 и RTJ |
Полнопроходное семейство – герметичность | Стандартно Class IV, опционально Class VI; вариант double block-and-bleed |
Полнопроходное семейство – макс. перепад давления при закрытии (38 °C) | CL150: 20 bar; CL300: 51 bar; CL600: 103 bar |
Угол поворота | До 90 градусов |
Соединение вала | Шлицевое |
Кислые среды | Опциональные материалы по NACE MR0175 (оба семейства) |
Значения зависят от семейства клапанов, типа уплотнения и материала; подтверждаются для каждого проекта.
Основные преимущества
· Больший срок службы уплотнения: Нагрузку от давления несут подшипники, поэтому уплотнение выполняет только функцию герметизации.
· Стабильное регулирование: Неподвижная ось шара и шлицевые соединения повышают точность дросселирования.
· Подходит для больших диаметров: Конструкция с подшипниковыми опорами надежно работает на трубопроводах большого диаметра.
· Меньшие затраты на обслуживание: Усиленные цапфы и простая замена уплотнений сокращают время простоя.
· Адаптация к задаче: Варианты аттенюаторов, уплотнений и внутренних элементов для газа, жидкостей и суспензий.
Области применения
Шаровые регулирующие клапаны с опорным шаром применяют там, где одновременно нужны точность регулирования и механическая прочность.
Газо- и жидкостные линии большого диаметра
Полнопроходные исполнения с аттенюатором в крупных точках регулирования с риском шума или кавитации.
Байпас насосов и отводы от трубопроводов
Байпасные линии и точки отбора, где кавитацию ограничивают полнопроходным исполнением с жидкостным аттенюатором.
Суспензии и сложные среды
Регулирование волокнистых сред и сред с твердыми частицами без засорения благодаря сегментному шару с V-образным вырезом.
Критерии выбора трунионного шарового клапана
Для клапанов с опорным шаром выбор делается через семейство и схему уплотнения.
Семейство клапанов
· Сегментное семейство с V-образным вырезом для сред, требующих регулирования без засорения
· Полнопроходное семейство для малого гидравлического сопротивления и большого диаметра
· Исполнение с аттенюатором при риске шума или кавитации
Уплотнение и герметичность
· Требуемый класс герметичности
· Одно- или двустороннее запирание, double block-and-bleed
· Материал уплотнения, соответствующий температуре процесса
Механические требования
· Класс давления и тип фланца
· Материал корпуса и работа в кислых средах
Запас крутящего момента привода и сторона монтажа
Стандарты
Основные стандарты, применимые к шаровым регулирующим клапанам с опорным шаром:
Стандарт / сертификат | Область и описание |
ASME B16.34 | Классы давления и температуры. |
ASME B16.5 и EN 1092-1 | Фланцевые соединения. |
ANSI/FCI 70-2 / IEC 60534-4 | Классы герметичности затвора. |
NACE MR0175 | Требования к материалам для кислых сред. |
Применимые стандарты зависят от выбранного семейства.
Объем поддержки TLY Enerji
Выбор шарового клапана с опорным шаром должен основываться на понимании технологических условий, а не на просмотре каталога, и зачастую это выбор семейства: незасоряющийся сегментный шар или полнопроходной шар с аттенюатором? TLY Enerji принимает это решение исходя из характера среды, диаметра трубопровода, перепада давления и требований к герметичности.
Наши инженеры оценивают схему уплотнения, потребность во внутренних элементах и размер привода вместе с требованиями к регулированию и безопасности, а также указывают отсечные задачи, где более уместна конструкция с плавающим шаром. На этапе коммерческого предложения альтернативы сравниваются с техническим обоснованием, а пусконаладка и поддержка на объекте планируются в соответствии с объемом проекта. В рамках стратегии обслуживания мы также сообщаем, какие детали уплотнений и внутренних элементов являются общими для разных семейств.
· Выбор семейства и исполнения
· Оценка уплотнений и внутренних элементов
· Расчет привода
· Техническое сравнение и коммерческое предложение
· Координация поддержки на объекте
Часто задаваемые вопросы
Чем трунионный шаровой клапан отличается от клапана с плавающим шаром?
В клапане с плавающим шаром шар свободно находится между двумя седлами, и давление в линии прижимает его к седлу со стороны выхода. В трунионном шаровом клапане шар опирается на верхний и нижний валы, и нагрузку от давления воспринимают подшипники, а не уплотнения. Поэтому в трунионной конструкции нагрузка на уплотнение более контролируема, а ось шара остается неподвижной.
Почему в регулирующих клапанах предпочитают опорный шар?
В режиме регулирования шар постоянно работает в промежуточных положениях. Опорное крепление фиксирует ось шара, благодаря чему проходное сечение воспроизводимо, снижает износ уплотнения и вместе со шлицевыми соединениями передает движение привода на шар без потерь.
Какие размеры доступны у шаровых регулирующих клапанов с опорным шаром?
Сегментное семейство с V-образным вырезом и опорным шаром выпускается в размерах 1–24 in (DN25–600), а полнопроходное семейство с вариантами аттенюаторов — от 6 до 24 in (с 6 по 12, а также 16, 20 и 24). Нужный размер определяется расчетом по требуемой пропускной способности и диапазону регулирования.
Как обслуживаются трунионные шаровые клапаны?
В сегментном семействе узел уплотнения можно заменить со стороны входа клапана без демонтажа привода и без извлечения шара из корпуса. В полнопроходном семействе уплотнение шара также меняется без демонтажа привода. Усиленные цапфы рассчитаны на длительный срок службы и сокращение времени обслуживания.
Обеспечивают ли трунионные шаровые клапаны двустороннюю герметичность?
В полнопроходном семействе двустороннее запирание и схема double block-and-bleed возможны при исполнении с двойным уплотнением. В сегментном семействе усиленное металлическое уплотнение дает класс Class IV при потоке в обоих направлениях, а неметаллические уплотнения обеспечивают Class VI при прямом направлении потока.
Могут ли трунионные шаровые клапаны снижать шум и кавитацию?
Да. В полнопроходном семействе предусмотрены перфорированные аттенюаторы, встроенные в шар: в газовых средах они снижают аэродинамический шум, а в жидкостных — кавитацию и вызванную ею вибрацию. Для сегментного семейства доступны поворотный аттенюатор, антикавитационная и шумоподавляющая вставки. Подходящее исполнение выбирается по результатам анализа перепада давления и свойств среды.
