Porównanie zawórów piłkowych pływających i trunnionowych Kluczowe różnice projektowe

W złożonych przemysłowych systemach rurociągów, w których różne media przepływają w sposób ciągły, zawory kulowe pełnią rolę sumiennych „strażników”, kontrolując otwieranie i zamykanie przepływu mediów. Chociaż te zawory mogą na pierwszy rzut oka wydawać się proste, zawierają one wyrafinowane warianty konstrukcyjne. Pływające i trójpłaszczyznowe (stałe) zawory kulowe, jako dwa główne projekty, każdy z nich ma wyraźne zalety w zasadzie, wydajności i scenariuszach zastosowań. Ten artykuł zawiera dogłębną analizę tych dwóch typów zaworów kulowych, badając ich zasady działania, cechy konstrukcyjne i kryteria wyboru, aby pomóc profesjonalistom w podejmowaniu świadomych decyzji w praktycznych zastosowaniach.

Spośród różnych typów zaworów, zawory kulowe wyróżniają się zwartą konstrukcją, trwałością i szybką obsługą, co czyni je niezbędnymi elementami w przemysłowych systemach rurociągów. Kluczowym elementem zaworu kulowego jest kula z otworem przelotowym (zwanym otworem), który kontroluje przepływ medium poprzez obrót o 90 stopni. Gdy otwór wyrówna się z kanałem korpusu zaworu, medium przepływa swobodnie; po obróceniu do pozycji zamkniętej, otwór staje się prostopadły do ścieżki przepływu, zatrzymując ruch medium.

Wszystkie konstrukcje zaworów kulowych opierają się na dwóch gniazdach, aby zabezpieczyć i uszczelnić kulę. Gniazda te są zwykle wykonane z materiałów takich jak politetrafluoroetylen (PTFE), które ściśle przylegają do powierzchni kuli, aby zapobiec wyciekom. W oparciu o sposób zabezpieczenia kuli, zawory kulowe są klasyfikowane na dwa główne typy: pływające zawory kulowe i trójpłaszczyznowe zawory kulowe.

Pływające zawory kulowe są najpopularniejszym typem w przemysłowych systemach rurociągów. Ich konstrukcja charakteryzuje się kulą, która nie jest zamocowana w korpusie zaworu, ale zamiast tego „pływa”. Gdy gniazda zaczynają się zużywać, ciśnienie medium dociska kulę do dolnego gniazda, utrzymując szczelne uszczelnienie. Ta konstrukcja zapewnia pływającym zaworom kulowym doskonałe właściwości samouszczelniające.

W przeciwieństwie do konstrukcji pływających, trójpłaszczyznowe zawory kulowe mają kule zamocowane za pomocą łożysk w korpusie zaworu, ograniczając ruch w dół. Aby utrzymać uszczelnienie po zużyciu gniazda, trójpłaszczyznowe zawory kulowe zwykle wykorzystują mechanizmy gniazd sprężynowych. Ta konstrukcja sprawia, że są one bardziej niezawodne w zastosowaniach wysokociśnieniowych.

Przed zbadaniem szczegółów pływającego zaworu kulowego, przyjrzyjmy się głównym elementom zaworów kulowych:

• Korpus zaworu: Zewnętrzna obudowa zawierająca mechanizmy zaworu, zwykle wykonana ze stali, żelaza, mosiądzu, brązu lub PVC, w zależności od charakterystyki medium, temperatury i ciśnienia.
• Kula: Rdzeniowa obracająca się kula z otworem przelotowym, połączona z korpusem za pomocą trzpienia.
• Otwór: Centralny otwór przelotowy kontrolujący przepływ medium, którego rozmiar bezpośrednio wpływa na charakterystykę przepływu.
• Uszczelnienie: Elastyczne uszczelnienia wokół trzpienia zapobiegające wyciekom medium, wymagające odporności na korozję i ciepło.
• Gniazdo: Pierścieniowe elementy między kulą a korpusem tworzące uszczelnienia, zwykle wykonane z materiałów termoplastycznych, takich jak PTFE, dla samosmarowania i odporności na zużycie.
• Trzpień: Wał łączący kulę z zewnętrznymi operatorami, kontrolujący obrót w celu otwierania/zamykania.
• Siłownik: Zewnętrzne urządzenia obracające trzpień, w tym dźwignie/przekładnie ręczne lub siłowniki elektryczne/pneumatyczne/hydrauliczne, wybierane w oparciu o rozmiar zaworu, częstotliwość pracy i potrzeby automatyzacji.

Większość zaworów kulowych wykorzystuje konstrukcje pływające. Pływająca kula jest podparta przez gniazda w kształcie kubka, które tworzą szczelne uszczelnienia między kulą a korpusem. Kula pozostaje zawieszona w medium, utrzymywana na miejscu przez termoplastyczne gniazda. Gniazda te tworzą dwukierunkowe uszczelnienie, umożliwiając swobodne poruszanie się kuli i blokowanie przepływu medium w obu kierunkach. Pływające zawory są lekkie, ekonomiczne i wszechstronne, szeroko stosowane w zastosowaniach naftowych, gazowych, wodnych, parowych i petrochemicznych.

Pływające zawory kulowe działają za pomocą trzpienia połączonego z górną częścią kuli, obracającego się o 90 stopni (ćwierć obrotu). Gdy kula się obraca, otwór zostaje zakryty lub odsłonięty przez ścianę korpusu zaworu, kontrolując przepływ medium. Połączenie trzpień-kula jest na tyle luźne, że ciśnienie medium dociska kulę do dolnego gniazda podczas obrotu, tworząc szczelne uszczelnienie. Jednak w zastosowaniach o bardzo niskim ciśnieniu, przy zużyciu gniazda, pływające zawory mogą nie uszczelniać skutecznie z powodu niewystarczającego ciśnienia. Jednak w większości zastosowań ciśnienie w dół utrzymuje uszczelnienie długo po początkowym zużyciu gniazda.

Trójpłaszczyznowe zawory kulowe działają podobnie do konstrukcji pływających, ale posiadają drugi trzpień naprzeciwko trzpienia roboczego, który mocuje kulę. Ten drugi trzpień i zespół łożyskowy nazywany jest trunnion .

W przeciwieństwie do zaworów pływających, trzpienie zaworów trójpłaszczyznowych sztywno łączą się z kulami, ograniczając wszelki ruch z wyjątkiem obrotu. Ponieważ kule nie „pływają” w dół pod wpływem ciśnienia medium, zawory trójpłaszczyznowe utrzymują odpowiednie uszczelnienie po obu stronach jednocześnie. Okazuje się to szczególnie ważne w przypadku zaworów wieloportowych i zastosowań o bardzo niskim ciśnieniu, gdzie przepływ medium nie może dociskać kul do gniazd.

Zawory trójpłaszczyznowe działają skutecznie zarówno w zastosowaniach niskociśnieniowych, jak i wysokociśnieniowych i wymagają mniejszego momentu obrotowego niż zawory pływające. Jednak projektanci rurociągów powinni zauważyć, że konstrukcje trójpłaszczyznowe są generalnie droższe niż alternatywy pływające.

Zawory trójpłaszczyznowe są powszechnie spotykane w tych branżach:

• Chemiczna
• Wytwarzanie energii
• Ropa i gaz
• Rurociągi
• Przetwarzanie węglowodorów

W obu typach zaworów uszczelnienia trzpień-środowisko podlegają największemu zużyciu w czasie, co sprawia, że uszczelnienie zaworu jest kluczowe dla zapobiegania ucieczce medium. Projektanci powinni rozważyć konstrukcje uszczelnień sprężynowych, aby zrekompensować nieuniknione zużycie i zapobiec wyciekom uszczelnienia trzpienia.

Chociaż pływające i trójpłaszczyznowe zawory kulowe działają podobnie w praktyce, projektanci rurociągów muszą zrozumieć zalety i ograniczenia każdego typu. Profesjonalni dostawcy zaworów mogą pomóc w określeniu optymalnego typu zaworu kulowego w oparciu o konkretne zastosowania i budżety.

Aby lepiej zrozumieć ich różnice, porównujemy kluczowe cechy:

Przy wyborze między pływającymi i trójpłaszczyznowymi zaworami kulowymi należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Ciśnienie robocze: W przypadku wysokich ciśnień zawory trójpłaszczyznowe zapewniają niezawodne uszczelnienie.
• Rozmiar rury: Zawory trójpłaszczyznowe lepiej pasują do rur o dużej średnicy ze względu na niższe wymagania dotyczące momentu obrotowego.
• Częstotliwość pracy: Zawory trójpłaszczyznowe oferują większą trwałość przy częstej eksploatacji.
• Charakterystyka medium: Media korozyjne wymagają zaworów z materiałów odpornych na korozję.
• Budżet: Zawory pływające zwykle kosztują mniej niż alternatywy trójpłaszczyznowe.

Zarówno pływające, jak i trójpłaszczyznowe zawory kulowe mają wyraźne zalety, które pasują do różnych zastosowań. Specjaliści powinni ocenić specyficzne warunki pracy i wymagania przy wyborze typów zaworów, biorąc pod uwagę wszystkie istotne czynniki, aby podejmować optymalne decyzje dla swoich systemów.