4 szczelność piłek
Najważniejszy materiał uszczelniający siedzeniazawory kulowejest politetraoksyetylenem (PTFE), który jest wrażliwy na prawie wszystkie substancje chemiczne i ma niski współczynnik tarcia, stabilną wydajność, nie jest podatny na starzenie, ma szeroki zakres temperatur stosowania i doskonałe kompleksowe właściwości uszczelniające. Jednakże właściwości fizyczne PTFE, w tym wysoki współczynnik rozszerzalności, wrażliwość na płynięcie na zimno i słabe przewodnictwo cieplne, wymagają, aby konstrukcja uszczelnień gniazd zaworów skupiła się na tych cechach. Materiał z tworzywa sztucznego uszczelnienia gniazda zaworu obejmuje również wypełniony PTFE, nylon i wiele innych materiałów. Jednak gdy materiał uszczelniający stwardnieje, niezawodność uszczelnienia zostanie uszkodzona, szczególnie w przypadku niskiej różnicy ciśnień. Ponadto, kauczuk syntetyczny, taki jak kauczuk butylowy, może być również stosowany jako materiał uszczelniający gniazda zaworów, ale jego zastosowanie w medium i zakresie temperatur jest ograniczone. Ponadto, jeśli medium nie jest smarowane, zastosowanie kauczuku syntetycznego prawdopodobnie zablokuje kulkę.
Aby sprostać wymaganiom zastosowań przemysłowych, takim jak wysoka temperatura i ciśnienie, silna erozja, długa żywotność itp., w ciągu ostatnich dziesięciu lat znacząco rozwinięto zawory kulowe z uszczelnieniami metalowymi. Szczególnie w rozwiniętych krajach uprzemysłowionych, takich jak Stany Zjednoczone, Włochy, Niemcy, Hiszpania, Holandia itp., konstrukcja zaworów kulowych była stale udoskonalana. Pojawiły się zawory kulowe z całkowicie spawanym korpusem, zawory kulowe do bezpośredniego zakopywania, zawory kulowe do podnoszenia oraz zawory kulowe do rurociągów dalekosiężnych, urządzeń rafineryjnych itp. Sektor przemysłowy jest coraz szerzej wykorzystywany, wraz z pojawieniem się zaworów kulowych o dużej średnicy (3050 mm), wysokim ciśnieniu (70 MPa) i szerokim zakresie temperatur (-196~815°C), co sprawiło, że technologia zaworów kulowych osiągnęła nowy poziom.
5 Projektowanie i produkcja zaworów kulowych
Dzięki zastosowaniu komputerowego wspomagania projektowania (CAD), komputerowego wspomagania wytwarzania (CAM) oraz systemu Mulberry Manufacturing System (FMS) w branży armatury, projektowanie i produkcja zaworów kulowych osiągnęły zupełnie nowy poziom. Nie tylko całkowicie zmodernizowano metodę obliczeniową projektowania zaworów, ale także zredukowano ciężką i powtarzalną pracę projektową personelu technicznego i profesjonalnego, dzięki czemu technicy mają więcej energii na ulepszanie, zwiększanie wydajności produktów i opracowywanie nowych produktów, a także skrócenie cyklu badawczo-rozwojowego nowych produktów. W procesie badań i rozwoju metalowych zaworów kulowych z uszczelnieniem prętowym, dzięki zastosowaniu CAD/CAM, opracowano szeroki płaski pręt spiralny wykonany przy użyciu komputerowego wspomagania projektowania i komputerowo wspomaganych obrabiarek CNC, który jest uszczelnieniem metalowym. Zawór kulowy nie ma zarysowań ani śladów zużycia podczas otwierania i zamykania, co znacznie poprawia jego szczelność i żywotność. Po całkowitym otwarciu zaworu kulowego opór przepływu jest bardzo mały, niemal zerowy, dlatego zawór kulowy o jednakowej średnicy jest szeroko stosowany w rurociągach naftowych i gazowych, ponieważ ułatwia czyszczenie rurociągu. Ponieważ kula zaworu kulowego jest ocierana podczas otwierania i zamykania, większość zaworów kulowych może być stosowana w mediach z zawieszonymi cząstkami stałymi. W zależności od materiału pierścienia uszczelniającego, zawór może być również stosowany w mediach proszkowych i granulowanych.
6 Zawór kulowy stosowany w różnych sytuacjach
Ponieważ w zaworach kulowych jako materiał na pierścień uszczelniający gniazdo zazwyczaj stosuje się gumę, nylon i politetraoksyetylen, temperatura ich użytkowania jest ograniczona przez materiał pierścienia uszczelniającego gniazdo zaworu. Efekt odcięcia szerokości kuli uzyskuje się poprzez dociskanie metalowych kul do siebie między plastikowymi gniazdami zaworu pod wpływem medium (zawór kulowy pływający). Pod wpływem nacisku kontaktowego pierścień uszczelniający gniazdo zaworu odkształca się sprężyście i plastycznie w niektórych miejscach. To odkształcenie może kompensować dokładność wykonania i chropowatość powierzchni kuli, a także zapewniać szczelność zaworu kulowego.
Ponadto, ponieważ pierścień uszczelniający gniazda zaworu kulowego jest zwykle wykonany z tworzywa sztucznego, przy wyborze konstrukcji i wydajności zaworu kulowego należy wziąć pod uwagę ognioodporność i odporność ogniową zaworu kulowego, zwłaszcza w sektorach naftowym, chemicznym, metalurgicznym i innych, w przypadku mediów łatwopalnych i wybuchowych. Podczas stosowania zaworów kulowych w urządzeniach i systemach rurociągów w Stanach Zjednoczonych należy zwracać większą uwagę na ognioodporność i zapobieganie pożarom.
Ogólnie rzecz biorąc, przy regulacji dwupozycyjnej, ścisłym uszczelnieniu, błocie, ścieraniu, kanale przewężającym, szybkim otwieraniu i zamykaniu (otwieranie i zamykanie o 1/4 obrotu), wysokim odcięciu ciśnienia (duża różnica ciśnień), niskim poziomie hałasu, kawitacji i parowania. W systemach rurociągowych z niewielkim wyciekiem do atmosfery, małym momentem roboczym i małym oporem płynu zaleca się stosowanie zaworów kulowych.
Zawory kulowe nadają się również do systemów rurociągowych o lekkiej konstrukcji, niskim odcięciu ciśnienia (niewielka różnica ciśnień) i mediów korozyjnych.
Zawory kulowe można również stosować w urządzeniach niskotemperaturowych (kriogenicznych) i systemach rurociągowych.
W systemach rurociągów tlenowych w przemyśle metalurgicznym wymagane są zawory kulowe poddane rygorystycznemu odtłuszczaniu.
Gdy główne przewody rurociągów naftowych i gazowych muszą być zakopane pod ziemią, wymagane są spawane zawory kulowe o pełnej średnicy.
Gdy konieczna jest regulacja wydajności, należy wybrać zawór kulowy o specjalnej konstrukcji z otworem w kształcie litery V.
W przemyśle naftowym, petrochemicznym, chemicznym, elektroenergetycznym i budownictwie miejskim w systemach rurociągowych o temperaturze roboczej powyżej 200°C można stosować zawory kulowe z uszczelnieniem typu metal-metal.
7 zasad stosowania zaworów kulowych
W przypadku rurociągów na ropę naftową i gaz ziemny, rurociągów wymagających czyszczenia oraz rurociągów zakopanych w ziemi, należy stosować zawory kulowe przelotowe i całkowicie spawane; w przypadku rurociągów zakopanych w ziemi należy wybrać zawory kulowe przelotowe spawane lub kołnierzowe; w przypadku rur odgałęzionych należy wybrać zawór kulowy z przyłączem kołnierzowym, przyłączem spawanym, pełnoprzelotowym lub o zmniejszonej średnicy.
Do przesyłu ropy naftowej w rurociągach i do urządzeń magazynujących rafinowaną ropę naftową należy stosować zawory kulowe kołnierzowe.
W przypadku gazociągów miejskich i gazociągów ziemnych należy stosować zawory kulowe pływające z przyłączem kołnierzowym i przyłączem z gwintem wewnętrznym.
W układzie rurociągów tlenowych w układzie metalurgicznym należy stosować stały zawór kulowy, poddany rygorystycznemu odtłuszczaniu, oraz połączenie kołnierzowe.
W przypadku systemów rurociągów i urządzeń niskotemperaturowych należy stosować niskotemperaturowe zawory kulowe z osłonami. W systemie rurociągów instalacji krakingu katalitycznego w instalacji rafinacji ropy naftowej można zastosować zawór kulowy typu popychacz.
W urządzeniach i instalacjach rurociągowych z mediami agresywnymi korozją, takimi jak kwasy i zasady w instalacjach chemicznych, zaleca się stosowanie zaworów kulowych ze stali nierdzewnej austenitycznej i politetraoksyetylenu jako gniazda i pierścienia uszczelniającego.
Zawory kulowe z uszczelnieniem metal-metal mogą być stosowane w systemach rurociągowych lub urządzeniach przeznaczonych do mediów wysokotemperaturowych w systemach metalurgicznych, systemach energetycznych, instalacjach petrochemicznych i miejskich systemach ciepłowniczych.
Gdy konieczna jest regulacja przepływu, można zastosować zawór kulowy z przekładnią ślimakową, pneumatyczny lub elektryczny z otworem w kształcie litery V.