Visaptverošā lodveida vārsta-evolūcija
Kompaktais dizains, lietošanas vienkāršība, remonta vienkāršība un plašas veiktspējas ir palīdzējuši padarīt lodveida vārstu par dominējošu dizainu mūsdienu rūpnieciskajos lietojumos.
Lodveida vārsta izgudrojums ir pierādījis sevi kā revolucionāru attīstību vārstu nozarē, nodrošinot daudzus unikālus risinājumus, kas atbilst mūsdienu plūsmas kontroles prasībām. Taču tā veiksmīgais pielietojums nebija uzreiz redzams.
Lodvārsta dzīves sākumā tā apgrozāmie līdzekļi un vērtības netika realizētas. Apstrādes tehnoloģiju trūkums patiesi apaļas bumbiņas izgatavošanai nepastāvēja. Un tā laika blīvējuma materiāli, kas saistīti ar dabisko kaučuku izmantošanu, bija ļoti ierobežoti un neļāva lodveida vārstu izmantot jebkādai nozīmīgai rūpnieciskai izmantošanai.
Otrā pasaules kara laikā un 1950. gados kara vajadzībām izstrādātā apstrādes tehnoloģija ļāva lodveida vārsta raksturīgās priekšrocības ieviest militārajā lietošanā. Sintētisko materiālu, piemēram, politetrafluoretilēna (PTFE), kas bieži pazīstams ar zīmolu Teflon, izstrāde pavēra ceļu rūpnieciskā sektora lietojumiem.
Mūsdienās lodveida vārstu izmanto plašā klāstā šķidrumu, gāzu un pat cietu vielu plūsmas kontrolei. Šie lietojumi ir temperatūras diapazonā no -450 grādiem F (-267 grādi) līdz vairāk nekā 1600 grādiem F (871 grādi). Spiediens var svārstīties no pilna vakuuma līdz virs 20 000 psi.
Lodvārstu dizains
Galvenās lodveida vārsta sastāvdaļas ir korpuss, bumba, sēdekļi un kāts. Šīs sastāvdaļas var izgatavot no dažādiem materiāliem. Lodveida vārsti tiek piedāvāti daudzos gala savienojumos, ieskaitot atloku, vītņotos, metinātos galus un vafeļus, kā arī specializētos gala savienojumus.
Pamati
Lodveida vārstu konstrukcijas ietilpst vārstu ceturkšņa{0}}pagrieziena kategorijā, tostarp aizbāžņa un spārna vārsti. Šī ceturkšņa -pagriezienu kategorija nozīmē, ka vārsta kāts ir pagriezts par 90 grādiem, lai darbotos.
Visizplatītākie no šiem dizainparaugiem ir peldošais dizains un{0}}uztvērējs. Tiem parasti ir divvirzienu blīvējums, un tos var novietot jebkurā pozīcijā vai virzienā, lai tos atvērtu un aizvērtu.
Dažas no galvenajām priekšrocībām, kas šiem lodveida vārstiem ir salīdzinājumā ar citiem dizainiem, ir šādas:
pilna pieslēgvieta augstai -plūsmas efektivitātei
zemāks griezes moments
plašāks spiediena un temperatūras diapazons
augsta cikla spēja
izcili stublāju blīvējumi
uguns{0}}drošs
zemākas automatizācijas izmaksas.
Peldošās lodītes dizains sākotnēji saspiež bumbu starp mīkstajiem sēdekļiem, kad vārsts ir samontēts. Tas liek sēdekļa materiālam aukstumā-ieplūst lodītes porās, radot vakuuma un zema spiediena blīvējumu. Slēgtā stāvoklī līnijas spiediens iespiež bumbu pakārtotajā sēdeklī. Tas nodrošina ciešu slēgšanu pār sēdekļa spiediena un temperatūras dizainu.
Peldošais dizains ir visizplatītākais izmēru diapazonā no 1/4 līdz 12 collām, lai gan daži ražotāji piedāvā izmērus līdz 18 collām. Peldošā lodveida vārsta izmēru ierobežo lodītes izmērs un svars, kā arī griezes moments, kas nepieciešams, lai to pagrieztu, palielinoties izmēram.
Uzmavas{0}}montētas konstrukcijas darbojas tieši pretēji peldošajam dizainam. Stieņa konstrukcijā bumba nevar peldēt, bet tā ir stingri novietota pie kāta augšpusē un vārpstas vai kāta, izmantojot gultņus apakšā. Sēdekļi tiek saspiesti pret bumbu, izmantojot atsperi vai atsperes, lai izveidotu sākotnējo zema spiediena blīvējumu.
Sadales vārstu ligzdas ir veidotas ar blīvēm, kas tiek darbinātas ar{0}}procesoru strāvu, palielinoties spiedienam, piespiežot augšējo ligzdu spēcīgāk iedurties lodītē. Tas nodrošina ciešu slēgšanu pār sēdekļa spiediena un temperatūras dizainu.
Stieņu dizaini parasti pārņem vietu, kur aiziet peldošās lodīšu dizaina lietojumprogramma, un to izmēri var būt no 3 līdz 72 collām. Šīs vārsta konstrukcijas priekšrocības kļūst acīmredzamas, palielinoties vārsta izmēram.
Bumbiņas svars un darbības griezes moments nav faktori, jo zaru vārsta sēdekļi neatbalsta lodi. Tas nozīmē, ka zaru vārstu ligzdas var specializēties lodītes blīvēšanā, ļaujot izmantot daudz lielākus vārstus ar mazāku iedarbināšanu, nekā var izgatavot jebkura veida peldošā konstrukcijā.
Ķermenis
Lodveida vārsta korpusu var liet, kalt vai mehāniski apstrādāt no aptuveni jebkura iedomājama metāla. Tas ir saistīts ar lodveida vārsta vienkāršo un kompakto dizainu. Piemērojamie metāli ietver:
Krāsainie metāli, piemēram, misiņš, bronza un alumīnijs
Dzelzs{0}}metāli, tostarp dzelzs, oglekļa tērauds un nerūsējošais tērauds
Niķeļa{0}}metāli, tostarp Hastelloy, Inconel un niķelis
Reaktīvie metāli, tostarp titāns, tantals un cirkonijs.
Lodveida vārsti ir izgatavoti arī no dažādām plastmasām un polimēriem, tostarp PVC, polietilēna un polipropilēna. Lodveida vārstus var arī izklāt ar polimēriem un plastmasu, un tos var izgatavot no keramikas, piemēram, alumīnija oksīda un cirkonija, vai izklāt ar to.
ASV vārstu korpusu pamatkonstrukcija atbilst ASME (American Society of Mechanical Engineers) standarta B16.34 vadlīnijām. Šie standarti nosaka sieniņu biezumu, sprieguma līmeņus un citus parametrus saistībā ar spiediena{2}}temperatūras attiecībām lielākajai daļai dzelzs sakausējumu.
B16.10 vadlīnijas nosaka arī daudzu klašu vārstu pieņemamos izmērus, piemēram, nozares -specifiskos standartus, piemēram, API (American Petroleum Institute) standartu 6D cauruļvadu vārstiem un API 608, “Metal Ball Valves-atloku, vītņoti un metināšanas gali”. Šīs specifikācijas nosaka izmērus, materiālus un lietojumus, lai nodrošinātu, ka vārstu dizains ir nemainīgs dažādiem ražotājiem un ir drošs paredzētajam lietojumam.
Lodveida vārsti ūdenssaimniecības servisā ir ietverti AWWA (Amerikas Ūdenssaimniecības asociācijas) standartā C507-18, "Lodveida vārsti, 6 collas cauri 60 collām (150 mm līdz 1500 mm)."
Daudzās citās valstīs ir nacionālie standarti, un vairākas organizācijas veicina arī starptautiskos standartus. Vārstu ražotājiem, kas vēlas ienākt pasaules tirgū, ir jāatbilst ISO (Starptautiskā standartizācijas organizācija), PED (Eiropas Komisijas - Spiediena iekārtu direktīva), CE (PED) un ATEX (Bureau Veritas) standartiem, starp daudziem citiem, piemēram, Ķīnā un Krievijā, standartiem. Šo standartu ievērošana ir kļuvusi par mandātu tirdzniecībai ar Eiropas Savienību, kā arī par JIS standartiem Japānai un līdzīgām prasībām citur.
Citas izplatītas lodveida vārstu vērtējuma specifikācijas ir WOG (ūdens/eļļa/gāze), CWP (aukstā darba spiediens) un WSP (darba tvaika spiediens). Šie vērtējumi ir ierobežotāki, un tos parasti nosaka atsevišķs ražotājs. Visas šīs specifikācijas noteiks vārsta konstrukcijas spiediena/temperatūras līkni, kas pazemina spiediena rādītāju, temperatūrai paaugstinoties.
Virsbūves konstrukcijas ir sadalītas četrās pamatkonfigurācijās:
Trīs{0}}gabali. Korpuss ir veidots trīs daļās ar iespēju viegli pagriezt centrālo korpusa daļu no līnijas remontam, nenoņemot visu vārstu. Tas ir ērti, ja vārsti ir vītņoti vai metināti cauruļvadā.
Beigu ieraksts. Šajā dizainā tiek izmantots-viengabala vai vienota korpusa dizains. Visas iekšējās sastāvdaļas ir samontētas vārstā caur galu, kur ir uzstādīts gala spraudnis, lai noturētu detaļas. Šis dizains novērš jebkāda veida korpusa vai dzinēja pārsega blīvējumu, novēršot iespējamo noplūdes ceļu.
Sadalīts ķermenis. Šis dizains (5. attēls), kā norāda nosaukums, sadala korpusu divās daļās un ļauj to viegli salikt un par vienu korpusa blīvējumu mazāk nekā trīs{2}}daļīgs dizains.
Šī sadalītā korpusa konstrukcija ir īpaši izdevīga, ja vārsta izmērs ir liels, atvieglojot lielu komponentu montāžu.
Augšējais ieraksts. Augšējā ieejas dizains izmanto viengabala korpusu, piemēram, gala ieeju, izņemot to, ka korpusa augšdaļa ir atklāta, lai saliktu iekšējās daļas. Pēc tam vārsta augšpusē tiek pieskrūvēts motora pārsegs, padarot šo dizainu salabojamu-līnijā, līdzīgi kā trīs{4}}daļīgajam dizainam. Visizplatītākās augšējās ieejas konstrukcijas ir unikālas lodveida vārstu konstrukcijām, jo lodveida vārsts un ligzdas peld un darbojas vienā un koniskā veidā korpusā, atšķirībā no citiem dizainiem.
Balle
Lodvārsta plūsmas regulēšanas elements, protams, ir bumba. Bumba iedarbojas pret sēdekli un var apturēt vai kontrolēt plūsmu caur vārstu. Bumbiņas ir izstrādātas un ražotas, ievērojot stingras virsmas apdares un sfēriskuma vai apaļuma pielaides. Gan lode, gan ligzda ir ļoti svarīgas vienmērīgai darbībai, samazinātam griezes momentam un labam blīvējumam, it īpaši, ja ir nepieciešami metāla sēdekļi un metāla -līdz{4}}blīvējums. Lodveida pieslēgvietas konfigurācija var atšķirties no standarta taisnā un caur-caurumu stila līdz vairāku-portu stilam lodveida vārstiem, kas piedāvā trīsvirzienu- līdz piecu-portu dizainu. Lai gan lielākajā daļā lodveida vārstu konstrukciju tiek izmantota pilna sfēriska lode, ir arī konstrukcijas, kurās tiek izmantota puslode (sektors), un tādas, kurās tiek izmantota izciļņa darbība, lai piespiestu bumbu ligzdā.
Vārstos izmantotās bumbiņas ir apstrādātas no daudziem materiāliem, tostarp no metāla, keramikas vai plastmasas. Metāla bumbiņas var uzlabot ar dažādiem pārklājumiem vai virsmas apstrādi. Tos izmanto, lai nodrošinātu uzlabotu nodilumizturību, izturību pret koroziju vai augstu cietību, lai novērstu žāvēšanu, kur parastais metāls neiztur.
Virsmas uzlabojumi var ietvert polimērus, liesmas izsmidzināšanu, bezvada niķeli, PVD pārklājumus un difūzijas procesus, piemēram, nitrīda un borīda uzklāšanu. Šie uzlabojumi ir galvenais iemesls veiksmīgai lodveida vārstu pielietošanai visdažādākajās pielietojumos, kurās tie pašlaik tiek izmantoti.
Sēdekļi
Sēdekļa dizaina un tehnoloģiju uzlabošana ir ļāvusi lodveida vārstam paplašināties plašā lietojumu klāstā. Šie sēdekļi var nodrošināt vairākas funkcijas atkarībā no vārsta konstrukcijas un sēdekļa materiāla.
Tiem jānodrošina stingra slēgšanās elastīgu materiālu gadījumā, kā arī jāatbalsta bumba peldošās lodīšu konstrukcijās, jāiztur serviss un jānodrošina labs cikla kalpošanas laiks. Sēdekļos var būt arī raksturīgas pieslēgvietas plūsmas kontroles nolūkos.
Mīkstie sēdekļi parasti tiek saukti par "iestrēgušajiem" dizainiem, kas nodrošina pilnīgu saskari ar seju, kad tie ir salikti, vai kā elastīgu lūpu dizainu, kas samazina saskari ar seju, lai samazinātu griezes momentu un uzlabotu cikla kalpošanas laiku.
Dažādos virsbūves dizainos tiks izmantoti šie vai mīkstā sēdekļa pamata dizaina varianti. Daudzu ražotāju dizaini nodrošina arī sava veida dobuma spiediena samazināšanu, novēršot sēdekļa un vārsta bojājumus gadījumā, ja slēgtā vārstā iesprostots materiāls ir iesprostots dobumā.
Mūsdienās izmantotie mīkstie sēdekļu materiāli ietver, bet ne tikai:
Gumijas, tostarp neoprēns un Buna
Fluorpolimēri, tostarp PTFE, TFM, PBI un PFA
UHMWPE (īpaši{0}}augstas molekulmasas polietilēns)
PEEK (poliētera ētera ketons)
Delrin
Neilons
Metāla sēdekļu konstrukcijas tiek izmantotas lodveida vārstos, lai apstrādātu vissmagākos lietojumus, tostarp augstu spiedienu, augstu temperatūru, abrazivitāti un plūsmas kontroli.
Tiek izmantoti daudzi metāla sēdekļu dizaini, no kuriem visizplatītākie ir no cieta metāla sēdekļiem, kas ir rūdīti vai pārklāti ar virsmu un ir pārklāti ar lodi, kas ir līdzīgi rūdīta. Tas atbilst lodītes un sēdekļa virsmām, lai nodrošinātu labu blīvējumu.
Citas konstrukcijas ietver saķepinātu metālu, kas piesūcināts ar grafītu vai PTFE, un pat dažus elastīgus dizainus. Elastīgajiem sēdekļiem ir jābūt necaurlaidīgiem{1}}, taču lielākajai daļai vārstu ar metāla ligzdām ir pieļaujama noteikta noplūde atbilstoši metāla-lodveida vārstu noplūdes specifikācijai. Visizplatītākās no šīm specifikācijām ir MSS-SP-61 un API 598. Citas specifikācijas, kas parasti tiek piemērotas lodveida vārstiem ar metāla slēdzeni, ietver FCI 70.2 un API standartus.
Lielākajai daļai metāla-sēdošu, peldošu lodīšu konstrukciju tiek izmantotas atsperes un/vai blīves, lai saspiestu sēdekļus pret bumbu un noblīvētu sēdekļa aizmuguri zemam spiedienam. Palielinoties spiedienam, lode peld pret pakārtoto sēdekli, nodrošinot sēdekļa spiediena un temperatūras konstrukciju, kas ir līdzīga mīkstās -sēdvietas versijas darbībai.
Stieņu konstrukcijās tiek izmantotas atsperes un bieži vien vairākas blīves, lai uztvertu maģistrāles spiedienu, piespiežot sēdekļus spēcīgāk pret lodi, palielinoties spiedienam. Daži ražotāji pat iestrādā sēdekļa virsmu vārsta korpusā, novēršot atsperes un blīves vienā virzienā. Tomēr tas parasti izraisa vienvirziena vārsta darbību.
Kāti
Kāts tiek izmantots lodveida vārstā, lai pagrieztu lodi atvērtā vai aizvērtā pozīcijā vai starppozīcijā plūsmas kontrolei. Materiāliem, kas paredzēti kātu izgatavošanai, ir jāiztur vairāk nekā tikai korpusa, bumbas vai sēdekļu spiediens. Tiem ir jāiztur procesa korozija un temperatūra, vienlaikus saglabājot pietiekami daudz spēka, lai izturētu griezes momentu, kas tiem tiek piemērots, kad vārsts tiek darbināts. Šī iemesla dēļ kātu ražošanai parasti tiek izvēlēti materiāli, kas ir -izturīgāki pret koroziju.
Tā kā kāts ir savienojums ar bumbu, tam ir jāiziet cauri korpusam, lai to varētu darbināt ārēji. Tas prasa, lai kātam būtu blīvējumi, lai novērstu vārsta vides izplūšanu. Blīvēm ir jāblīvē burbulis-, jāiztur šķidruma korozija un temperatūra, kā arī jānodrošina labs cikla kalpošanas laiks.
Tipiski kāta blīvējuma materiāli ir tādi polimēri kā PTFE un PEEK. Augstākai temperatūrai vai ugunsdrošībai parasti izmanto grafīta kāta blīves. Šie materiāli paliek elastīgi plašos temperatūras diapazonos un ir ķīmiski izturīgi. Ugunsdrošības-vārstiem blīvēm ir jāiztur ugunsgrēks bez noplūdes.
Rotējošiem ceturkšņa{0}}pagrieziena vārstiem, piemēram, lodveida vārstam, ir vislabākie-kāta blīvējumi. Tas ir saistīts ar to, ka kāts pārvietojas rotējošā kustībā, nevis augošā kāta kustība, kas atrodama vārtu un globusa vārstos. Ņemot vērā mūsdienu vides apsvērumus un noteikumus, vārstu ražotājiem un galalietotājiem ir izšķiroša nozīme kāta blīvējuma veiktspējai.
Kāta blīvējuma konstrukcijas ir iedalāmas divās pamatkategorijās: stieņa-blīves ar strāvu un korpusa-ar strāvu. Šajos dizainparaugos tiek izmantoti daudz dažādu veidu blīves, no kurām visizplatītākie ir plakani gredzeni, šahtas, kauss un konuss un monolīti elementi.
Kāts enerģisks.Šajā dizainā parasti ir vairāki blīvgredzeni. Daži no tiem atrodas vārsta korpusa spiediena robežās, kas kļūst par primāro blīvējumu, un citi atrodas ārpus spiediena robežas tā sauktajā "iepakošanas" vai "pildījuma" kastē.
Šīs blīves tiek saspiestas vai barotas, pavelkot uz augšu kātu ar kāta uzgriezni, kas vienlaikus saspiež augšējās blīves ar blīvējuma sekotāju. Lielākajā daļā šo konstrukciju ir iekļautas Belleville atsperes, lai noslogotu blīves. Tas padara kāta blīvējuma bloku paš-regulējošu un temperatūru kompensējošu, nodrošinot ilgāku cikla kalpošanas laiku, pirms ir nepieciešama atkārtota regulēšana.
Ķermenis enerģētisks.Šajā konstrukcijā blīvējums tiek veikts virs spiediena robežas blīvējuma kārbā, atkal izmantojot vienu vai vairākus blīvgredzenus. Daži ražotāji var izmantot vilces gultni uz kāta zem spiediena robežas, taču faktiski tur netiek veikta blīvēšana.
Šīs blīves tiek iekrautas, izmantojot "jūgu" vai "dziedzera plāksni", saspiežot blīves blīvējuma kārbā, izmantojot korpusā vītņotas skrūves. Konstrukcijā parasti tiek izmantotas vairākas Belleville atsperes uz skrūvēm, lai atkal "noslogotu" blīvslēga plāksni, padarot kāta blīvējumu pašregulējošu-.
Šīs konstrukcijas priekšrocība ir tāda, ka kāts var brīvi peldēt blīvēs, samazinot griezes momentu un palielinot kāta blīvējuma kalpošanas laiku. Šis dizains arī ļauj iekļaut "izplūdušās emisijas" konstrukcijas, kurās tiek izmantoti vairāki blīvējumu komplekti, radot papildu vai liekus blīvējumus toksiskiem un augsta cikla lietojumiem.
Lietojumprogrammas
Ar modernajiem lodveida vārstiem piedāvātajiem uzlabotajiem dizainiem un materiāliem tos izmanto daudzos pakalpojumos un nozarēs. Panākumi šajās lietojumprogrammās ir atkarīgi no visu šo dizainu un komponentu pareizas specifikācijas, kā tas tika apspriests.
Bumbu dizains neaprobežojas tikai ar ieslēgšanas/izslēgšanas servisu. Tos var izmantot, lai novirzītu, kontrolētu vai sajauktu plūsmas. Dažādas funkcijas var veikt, izmantojot vairākus pieslēgvietas novirzīšanai un sajaukšanai vai izmantojot raksturīgu portu, piemēram, V-portu plūsmas kontrolei.
Ceturkšņa-pagrieziena vadības lodveida vārsta izmantošana kļūst arvien izplatītāka mērenās-spiediena krituma plūsmas kontroles lietojumprogrammās. Tas ir saistīts ar procesa priekšrocībām, piemēram, zemākām izmaksām, stingru slēgšanu un augstu precizitāti, apvienojumā ar elektriskās un pneimatiskās iedarbināšanas digitālajām vadības ierīcēm.
Ir arī īpašas lodveida vārstu konstrukcijas unikāliem lietojumiem. Tie var ietvert vārstus kriogēnajai apkalpošanai, kam ir jāiztur ārkārtīgi zema temperatūra, un augsta spiediena tvaika vārstus, kuriem ir jāiztur ārkārtīgi augsta temperatūra un spiediens.
Citi lodveida vārstu pielietojumi ietver to izmantošanu tādās nozarēs kā farmācija, kosmosa, kodolenerģijas, biotehnoloģijas un celulozes un papīra. Pielietojums, kur tie tiek izmantoti, ietver skābes un ķīmiskas vielas, vircas, termiskos šķidrumus, tvaiku un kriogēnas vielas.
Secinājums
Kompaktais dizains, lietošanas vienkāršība, remonta vienkāršība un plašas veiktspējas ir palīdzējuši padarīt lodveida vārstu par dominējošu dizainu mūsdienu rūpnieciskajos lietojumos. Un lodveida vārsti turpina attīstīties, lai apmierinātu jaunas un grūtākas prasības.
Rūpniecības sektors arvien lielāku uzsvaru liek uz drošību, vidi, uzlabotu efektivitāti un izmaksu samazināšanu. Tādējādi lodveida vārsta aktīvi turpinās padarīt to par svarīgu spēlētāju ar daudzām nākotnes lomām.