Segmentowy zawór kulowy

Co to jest segmentowy zawór kulowy?

Segmentowy zawór kulowy to typ zaworu kulowego z segmentem konturowym w kształcie litery V w kuli. Segmentowe zawory kulowe to zawory sterujące, które charakteryzują się dobrą kontrolą, zakresem i możliwością odcięcia. Zawór ten jest w stanie zapewnić wysoką wydajność i kontrolę przepływu bez zatykania. Producenci segmentowych zaworów kulowych projektują kulę ze specjalnymi konturami, aby zwiększyć wydajność i integralność odcięcia oraz żywotność uszczelnienia. Segmentowe zawory kulowe są znane z ekonomiczności i wysokiej wydajności. Zawory te mogą być szerokiej gamy, od małych i lekkich zaworów po duże zawory o dużej masie. Lekkie zawory są łatwe w montażu i obsłudze. Segmentowe zawory kulowe o dużej masie są używane w trudnych warunkach, aby zapewnić optymalną kontrolę i do zastosowań typu włącz/wyłącz. Ze względu na te cechy, segmentowe zawory kulowe znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, takich jak między innymi przemysł papierniczy i celulozowy, rafineryjny i petrochemiczny. Zawory te są trwałe i niezawodne nawet w trudnych warunkach. 

Rysunek: Producent segmentowych zaworów kulowych

Elementy segmentowego zaworu kulowego

Niektóre z głównych elementów segmentowego zaworu kulowego to:

Obudowa zaworu 

Jest to element służący do umieszczenia wszystkich wewnętrznych komponentów segmentowego zaworu kulowego. Ta część jest wykonana ze sztywnych i twardych materiałów, materiałów metalowych pokrytych tworzywem termoplastycznym lub tworzyw termoplastycznych w celu ochrony elementów zaworu. Ta część umożliwia również zewnętrznym komponentom dostęp do mechanizmu sterującego w celu obracania kuli, otwierając lub zamykając przepływ.

Piłka segmentowa 

Jest to wyprofilowana kula w kształcie litery V. Kula segmentowa służy jako otwór do przepływu płynu. Kula segmentowa zapewnia działanie ścinające w celu uzyskania charakterystyki przepływu.

Wały 

Wały służą do łączenia mechanizmu sterującego segmentowego zaworu kulowego w celu obracania segmentowej kuli. Wały są wykonane z pierścieniami uszczelniającymi i O-ringami, które pomagają uszczelnić wał, a także pokrywę, aby zapobiec wyciekom. Wał może być obsługiwany ręcznie, za pomocą siłownika pneumatycznego lub elektrycznego.

Siedzenie 

Gniazdo służy do uszczelnienia korpusu segmentowego zaworu kulowego i segmentowej kuli.

Uszczelki łożysk

Uszczelki te chronią metalowe łożyska przed wnikaniem płynów.

Jak działa segmentowy zawór kulowy? 

Segmentowy zawór kulowy to ćwierćobrotowy zawór kulowy. Działa on podobnie do mimośrodowego zaworu grzybkowego. Zawór posiada wały, które pomagają powiększyć środkową ścieżkę przepływu. Wał napędowy łączy się z jedną stroną kuli, a wał podążający łączy się z przeciwną stroną. Gdy wał napędowy obraca się, segmentowana kula obraca się, odsłaniając ścieżkę przepływu przez wycięcie w kształcie litery V. Zastosowanie V-notch zwiększa szeroki zakres przepływu płynu ze względu na mały obszar przepływu przy niskim skoku, a maksymalny skok pozwala na duży obszar przepływu. Segmentowe zawory kulowe mogą mieć dwa połączenia końcowe dla korpusu, czyli połączenia kołnierzowe i bezkołnierzowe. 

Rodzaje segmentowych zaworów kulowych

Segmentowy zawór kulowy z bocznym wejściem 

Segmentowy zawór kulowy z bocznym wejściem jest zaworem o wysokiej wydajności. Zawór ten jest wykonany w oparciu o zawór kulowy typu O. Zawór kulowy z bocznym wejściem pomaga przenosić dwufazowe medium stałe-gazowe i stałe-ciekłe. Oznacza to, że zawór ten może wygodnie kontrolować przepływ ciał stałych i cieczy lub gazów i ciał stałych. 

Cechy segmentowych zaworów kulowych z bocznym wejściem to 

• Łatwa obsługa. Wynika to z faktu, że segmentowy zawór kulowy można odsunąć od gniazda bez kontaktu, co zapewnia niewielki moment rozruchowy.
• Segmentowy zawór kulowy z bocznym wejściem ma prosty korpus zaworu, dzięki czemu utrzymuje liniowy przepływ medium, gdy jest całkowicie otwarty. Pomaga to zmniejszyć straty energii w porównaniu do innych zaworów. 
• Segmentowy zawór kulowy z bocznym wejściem ma podwójną konstrukcję mimośrodową, dzięki czemu segmentowy zawór kulowy jest doskonale uszczelniony i szczelnie zamknięty. 
• Gdy segmentowy zawór kulowy z bocznym wejściem jest zamknięty, jego siła ścinająca może usuwać ciała obce, dzięki czemu jest znany z działania zapobiegającego osadzaniu się kamienia. 

Rysunek: Zawór kulowy segmentowy z bocznym wejściem

Zawór kulowy segmentowy z górnym wejściem 

Zawór kulowy segmentowy z górnym wejściem to zawór odpowiedni do stosowania w przemyśle farmaceutycznym, chemicznym i spożywczym, gdzie wymagane jest doskonałe i szybkie czyszczenie. Ten segmentowy zawór kulowy ma pewne zalety, które sprawiają, że jest preferowany w branżach wymagających czystych produktów, takich jak: 

• Łatwe i szybkie czyszczenie wnętrza i elementów rurowych bez konieczności demontażu zaworu. 
• Szybka i łatwiejsza wymiana zużytych części. 
• Nie posiada części zamiennych wewnątrz ciała

Cechy segmentowych zaworów kulowych 

Zintegrowany korpus zaworu 

Producenci segmentowych zaworów kulowych projektują zawory z jednoczęściowym korpusem. Pomaga to zapewnić większą sztywność w przypadku wahań obciążeń rur. Zawory te mają konstrukcję z bocznym wejściem, która zwiększa sztywność i utrudnia wyciek i odkształcenie pomimo dużych naprężeń spowodowanych płynem i momentem zamykającym.

Piłka segmentowa 

Producenci segmentowych zaworów kulowych produkują zawory z segmentową kulą V-portową. Pomaga to zapewnić szeroki zakres możliwości kontrolowania przepływu płynu. Sprawia to, że zawór nadaje się do zastosowań dławiących o wysokiej konsystencji i usług syropowych. Segment jest zaprojektowany tak, aby zapewnić optymalny przepływ, a jego sferyczna powierzchnia pokryta twardą powłoką zapobiega zacieraniu się.

Łożysko samosmarujące 

Segmentowe zawory kulowe wykorzystują podwójne łożyska na dolnym i górnym trzpieniu zaworu, aby zapewnić dobrą stabilność. Sprawia to, że powierzchnia styku z trzpieniem jest większa, co zwiększa niski współczynnik tarcia i wysoką nośność, a także zmniejsza roboczy moment obrotowy.

Miękkie i metalowe gniazdo uszczelniające 

Producenci segmentowych zaworów kulowych produkują zawory z gniazdami PTFE lub metalowymi. Materiał zależy od zamierzonego medium przepływu. Powierzchnie uszczelniające metalowych gniazd są pokryte twardym i wytrzymałym stopem, podczas gdy powierzchnia kuli jest utwardzana między innymi za pomocą twardego chromowania, azotowania plazmowego. Pomaga to zwiększyć żywotność powierzchni uszczelniającej, a także poprawić odporność na temperaturę. Gniazda wykonane z PTFE lub RPTFE charakteryzują się doskonałymi właściwościami uszczelniającymi, dobrą odpornością na korozję i szerokim zakresem zastosowań.

Ekonomiczna praktyczność 

Producenci segmentowych zaworów kulowych dążą do tego, aby zawory te były jak najlżejsze i miały mały moment obrotowy trzpienia. Takie krytyczne parametry konstrukcyjne sprawiają, że zawór może być instalowany z małymi siłownikami elektrycznymi lub pneumatycznymi i jest opłacalny w porównaniu z małymi rozmiarami lub innymi klasami zaworów regulacyjnych.

Wybór segmentowych zaworów kulowych 

Rodzaj operacji 

W tym przypadku należy zdecydować o rodzaju mechanizmu zasilającego siłownik. Siłownik może być ręczny, pneumatyczny lub elektryczny. Typ siłownika zależy od dostępnego źródła zasilania, na przykład energii elektrycznej lub sprężonego powietrza, a także wymaganego momentu obrotowego. Siłowniki pneumatyczne zapewniają wysokie wartości momentu obrotowego, podczas gdy siłowniki elektryczne mają wysoki koszt początkowy, ale ich koszt operacyjny jest niższy w porównaniu do siłowników pneumatycznych.

Materiał obudowy 

Segmentowy zawór kulowy powinien być taki, aby materiał użyty do wykonania obudowy był kompatybilny z kontrolowanym medium. Różne materiały mają różne właściwości, takie jak:

Mosiądz nadaje się do mediów niekorozyjnych i neutralnych, jest trwały, odporny na wysokie temperatury, nie nadaje się do słonej wody, kwasów i chlorków.

Stal nierdzewna jest odporna na chemikalia, odporna na ścieranie, odporna na wysokie temperatury, ale nie jest odporna na chlorki, kwasy solne, wybielacze i brom.

Materiał PVC jest dobry dla płynów korozyjnych, takich jak kwasy, słona woda, zasady i rozpuszczalniki organiczne. Nie jest jednak odporny na chlorowane i aromatyczne węglowodory. Odporność PVC na temperaturę i ciśnienie jest niższa w porównaniu z mosiądzem i stalą nierdzewną.

Ciśnienie znamionowe 

Wybrany segmentowy zawór kulowy powinien być w stanie wytrzymać maksymalne i minimalne ciśnienie płynu podczas pracy. Ciśnienie znamionowe segmentowego zaworu kulowego zależy od materiału użytego do wykonania obudowy. Mocne materiały, takie jak stal nierdzewna, mogą wytrzymać wysokie ciśnienie w porównaniu z materiałem PVC.

Temperatury robocze 

Różne materiały, z których wykonane są segmentowe zawory kulowe, mogą wytrzymać różne poziomy temperatury, od wartości minimalnych do maksymalnych. Zakres temperatur segmentowego zaworu kulowego zależy od materiału uszczelki i obudowy. Materiał mosiężny może wytrzymać temperatury w zakresie od 20°C do 60°C, materiał ze stali nierdzewnej może wytrzymać temperatury w zakresie od -40°C do 220°C, podczas gdy segmentowy zawór kulowy z PVC może wytrzymać temperatury od -10°C do 60°C.

Normy i zatwierdzenia 

W zależności od zastosowania segmentowego zaworu kulowego, producenci zaworów mogą być zobowiązani do przestrzegania określonych norm organów regulacyjnych. Jest to często wymagane w przypadku zaworów stosowanych w wodzie pitnej, produktach spożywczych, farmaceutykach lub gazie.

Segmentowe siłowniki zaworów kulowych 

Segmentowy zawór kulowy może wykorzystywać różne typy siłowników do otwierania i zamykania. Rodzaje siłowników, które mogą być używane przez te zawory, obejmują siłowniki ręczne, pneumatyczne i elektryczne.

Ręczny siłownik segmentowego zaworu kulowego 

Jest to segmentowy siłownik zaworu kulowego, który jest napędzany ludzką ręką. Ten typ siłownika ma uchwyt, w którym operator przykłada moment obrotowy, aby obrócić uchwyt, a tym samym obrócić mechanizm zaworu, aby otworzyć lub zamknąć zawór.

Siłownik pneumatyczny z mechanizmem zębatkowym 

Siłowniki pneumatyczne z zębatką to siłowniki stosowane w segmentowych zaworach kulowych do otwierania, obracania i zamykania zaworu w zależności od potrzeb. Siłowniki te przekształcają energię sprężonego powietrza za pomocą siłowników pneumatycznych w oscylacyjny ruch obrotowy. Siłowniki te wymagają suchego, czystego i przetworzonego gazu dostarczanego przez centralną stację sprężonego powietrza.

Siłownik elektryczny

Siłowniki te są stosowane w segmentowych zaworach kulowych do sterowania zamykaniem i otwieraniem zaworu. Siłowniki te mogą zapewniać ruch obrotowy lub liniowy. Jak sama nazwa wskazuje, siłowniki te wykorzystują energię elektryczną do usprawnienia swojej pracy. Moment obrotowy do otwarcia/zamknięcia zaworu jest przenoszony za pomocą wału w celu otwarcia lub zamknięcia zaworu.

Zastosowania segmentowych zaworów kulowych

• Używany do kontroli przepływu w przemyśle papierniczym i celulozowym. 
• Kontrola przepływu chemikaliów w zakładach chemicznych. 
• Są one stosowane w oczyszczalniach ścieków, ponieważ mogą działać na cząstki stałe. 
• Przemysł energetyczny do kontroli przepływu płynów grzewczych i chłodzących. 
• Przemysł naftowy, ponieważ są odporne na produkty łatwopalne. 
• Przemysł farmaceutyczny do regulowania przepływu związków produkcyjnych. 
• Przemysł spożywczy ze względu na łatwość czyszczenia i konserwacji.

Zalety segmentowych zaworów kulowych 

• Wysoka wydajność. 
• Zawory te mają prostą konstrukcję. 
• Niewielka waga i objętość. 
• Łatwy demontaż i naprawa. 
• Doskonałe uszczelnienie. 
• Zapewniają one niski spadek ciśnienia i wysokie natężenie przepływu. 
• Szybko się otwiera i zamyka.
• Łatwość czyszczenia.

Wady segmentowych zaworów kulowych 

• Wgłębienia wokół siedziska mają tendencję do powodowania zatorów. 
• W przypadku użycia w stałych cząstkach może ulec erozji, a tym samym zacząć wyciekać płyn i zawieść.

Rozwiązywanie problemów z segmentowym zaworem kulowym 

Wyciek uszczelnienia dławnicy 

• Poluzowane nakrętki dławika. Dokręcić poluzowane nakrętki dławika. 
• Zużyte uszczelnienie dławika. Wymienić uszczelnienie dławnicy. 
• Trzpień jest skorodowany lub porysowany. Wyczyść trzpień lub wymień go, a także uszczelnienie dławnicy. 
• Dławnica jest skorodowana. Oczyść ją i wymień uszczelnienie dławnicy. Jeśli segmentowy zawór kulowy jest nadmiernie skorodowany, można go wymienić. 

Wyciek na uszczelce płyty dolnej 

• Poluzowane nakrętki. Dokręcić nakrętki. 
• Uszczelka jest uszkodzona. Wymień uszczelkę. 
• Korozja/uszkodzenie w obszarze uszczelnienia. Oczyść korozję lub wymień płytę i korpus w zależności od stopnia uszkodzenia.

Wyciek płynu przez otwór 

• Segment nie znajduje się w pozycji pełnego zamknięcia. Ustawić krańcowy skok zamknięcia w siłowniku. 
• Niewspółosiowość między gniazdem a segmentem. Poluzuj uszczelnienie dławnicy, aby wyśrodkować segment. Po wyosiowaniu należy ponownie dokręcić uszczelnienie dławnicy, aby uzyskać wystarczający moment obrotowy. 
• Uwięzione lub zestalone media. Oczyścić sprężynę gniazda i powierzchnie uszczelniające. 
• Uszkodzone gniazdo uszczelki. Wymień uszkodzone uszczelki. 
• Segment lub gniazdo są uszkodzone. Wymienić w razie potrzeby. 

Wysokosegmentowy moment obrotowy zaworu kulowego 

• Zbyt mocno dokręcone nakrętki dławnicy. Zmniejszyć moment dokręcenia nakrętek dławika do poziomu zalecanego przez producenta segmentowego zaworu kulowego.
• Uruchomić segment w odwrotnym kierunku, odłączając go od gniazda. Dokonać zgubienia elementu ustalającego, aby ponownie połączyć gniazdo i segment w pozycji zamkniętej. Zwiększyć moment obrotowy elementu ustalającego po wyrównaniu segmentu i gniazda. 
• Siłownik/operator nie jest wyrównany z trzpieniem zaworu. Poluzuj elementy mocujące i zmodyfikuj podstawę montażową, aby była równoległa i upewnij się, że siłownik jest wyśrodkowany. Dokręć elementy mocujące. 
• Uszkodzone łożysko. Wymienić. 
• Uszkodzony segment lub gniazdo. Wymienić w razie potrzeby. 
• Nagromadzone lub zestalone media. Usunąć media z wnęki zaworu, gniazda, segmentu i wyczyścić powierzchnie uszczelniające. 
• Segmentowy zawór kulowy został zainstalowany w niewłaściwej orientacji. Zawór należy zamontować zgodnie z oznaczeniem wskaźnika przepływu. 

Podsumowanie 

Segmentowy zawór kulowy to zawór kulowy, który wykonuje ćwierć obrotu w celu otwarcia/zamknięcia przepływu płynu. Zawór ten ma wydrążony segment kulisty wsparty na łożysku i wale po stronie siłownika zaworu. Drugi koniec tego zaworu ma łożysko i słupek. Segmentowa kula obraca się wokół osi, tworząc ciągłe pojedyncze uszczelnienie w pozycji zamkniętej. Uszczelnienie tego segmentowego zaworu kulowego uzyskuje się za pomocą elastycznego elastomeru lub elastycznego pierścienia gniazda, który naciska na segment kulisty. Korpus segmentowych zaworów kulowych wykonany jest z wytrzymałych materiałów, głównie ze stali nierdzewnej o konstrukcji bezkołnierzowej lub kołnierzowej.

Segmentowe zawory kulowe można sklasyfikować jako segmentowe zawory kulowe z wejściem bocznym i segmentowe zawory kulowe z wejściem górnym. Zawory te wykorzystują konstrukcję i technologię, która pomaga im pracować nawet w lepkich płynach i zawiesinach. Zawory te są stosowane w wielu gałęziach przemysłu, takich jak petrochemia, farmacja, przetwórstwo spożywcze, oczyszczanie ścieków, przetwórstwo chemiczne i inne. Segmentowe zawory kulowe mają wiele zastosowań ze względu na ich doskonałe cechy, takie jak łatwość czyszczenia, łatwość naprawy i konserwacji, prosta konstrukcja, niewielkie rozmiary i waga, odporność na korozję i wysoka wytrzymałość na zawiesiny. Ważnymi parametrami, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie segmentowego zaworu kulowego, są typ siłownika, ciśnienie znamionowe, temperatury robocze, materiały obudowy, normy i zatwierdzenia.