Czym jest zawór kulowy: instrukcja obsługi i użytkowania

Zawór kulowy, zawór, którego części otwierające i zamykające (piłka) są napędzane przez trzpień zaworu i obracają się wokół osi zaworu kulowego. Twardy, uszczelniony zawór kulowy typu V charakteryzuje się dużą siłą ścinającą między rdzeniem kuli typu V a metalowym gniazdem zaworu przyspawanym twardym stopem, co jest szczególnie odpowiednie dla mediów zawierających włókna, drobne cząstki stałe itp. Wielodrogowy zawór kulowy może nie tylko elastycznie kontrolować spływ, zmianę kierunku i kierunek przepływu medium w rurociągu, ale także zamykać dowolny kanał, aby połączyć dwa pozostałe kanały. Ten typ zaworu powinien być zazwyczaj montowany poziomo w rurociągu. Zawory kulowe dzielą się na pneumatyczne, elektryczne i ręczne, w zależności od sposobu napędu.

Co to jest zawór kulowy

AZawory kulowe zostały wynalezione w latach 50. XX wieku. Dzięki szybkiemu rozwojowi nauki i technologii oraz ciągłemu ulepszaniu procesów produkcyjnych i konstrukcji produktów, zawory kulowe stały się w ciągu zaledwie 40 lat jednym z głównych typów zaworów. W zachodnich krajach uprzemysłowionych ich zastosowanie rośnie z roku na rok.

W moim kraju zawory kulowe są szeroko stosowane w rafinacji ropy naftowej, rurociągach dalekobieżnych, przemyśle chemicznym, papierniczym, farmaceutycznym, wodociągowym, energetycznym, komunalnym, hutniczym i innych gałęziach przemysłu, odgrywając ważną rolę w gospodarce narodowej. Zawór kulowy ma obrót o 90 stopni, korpus jest kulisty, a przez jego oś przechodzi okrągły otwór lub kanał.

Zawory kulowe służą głównie do odcinania, rozdzielania i zmiany kierunku przepływu medium w rurociągu. Wystarczy obrót o 90 stopni i bardzo niewielki moment obrotowy, aby szczelnie zamknąć zawór. Zawory kulowe najlepiej sprawdzają się jako przełączniki i zawory odcinające, zawory kulowe typu V. Oprócz zwracania uwagi na parametry rurociągu, elektrozawory powinny również zwracać szczególną uwagę na warunki środowiskowe ich użytkowania. Ponieważ element elektryczny w elektrozaworze jest urządzeniem elektromechanicznym, jego stan użytkowania w dużym stopniu zależy od środowiska, w którym jest użytkowany.

Jakie są cechy zaworów kulowych 

• Odporność na zużycie:ponieważ rdzeń zaworu kulowego z twardym uszczelnieniem jest wykonany ze stali stopowej spawanej natryskowo,Pierścień uszczelniający wykonany jest ze stali stopowej, dzięki czemu zawór kulowy z twardym uszczelnieniem nie będzie się zbytnio zużywał podczas przełączania. (Jego współczynnik twardości wynosi 65-70):

• Dobra wydajność uszczelniania:Ponieważ uszczelnienie zaworu kulowego z twardym uszczelnieniem jest szlifowane ręcznie, można go używać tylko do momentu całkowitego dopasowania rdzenia zaworu i pierścienia uszczelniającego. Dzięki temu jego szczelność jest niezawodna.

• Niski moment obrotowy:ponieważ spód pierścienia uszczelniającego zaworu kulowego z twardym uszczelnieniem wykorzystuje sprężynę, aby mocno trzymać pierścień uszczelniający i rdzeń zaworu razem, przełącznik jest bardzo lekki, gdy siła zewnętrzna przekroczy napięcie wstępne sprężyny.

• Długa służbażycie: Jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach, takich jak przemysł naftowy, chemiczny, energetyczny, papierniczy, energetyka atomowa, lotnictwo, rakiety i codzienne życie ludzi.

Jakie są zalety zaworów kulowych

W porównaniu z innymi typami zaworów, zawory kulowe otwierają się szybko, płynnie i niezawodnie, są szeroko stosowane i mają następujące zalety:

1. Łożysko oporowe zmniejsza moment tarcia trzonka zaworu, co zapewnia płynną i elastyczną pracę trzonka zaworu przez długi czas.
2. Funkcja antystatyczna: Sprężyna umieszczona pomiędzy kulką, trzpieniem zaworu i korpusem zaworu odprowadza ładunki elektrostatyczne powstające podczas przełączania.
3. Ponieważ materiały takie jakPonieważ politetrafluoroetylen ma dobre właściwości samosmarujące i małe straty tarcia z kulą, zawór kulowy ma długą żywotność.
4. Niski opór cieczy: Pneumatyczne zawory kulowe charakteryzują się najniższym oporem cieczy spośród wszystkich kategorii zaworów. Nawet w przypadku pneumatycznych zaworów kulowych o mniejszej średnicy, ich opór cieczy jest stosunkowo niewielki.
5. Niezawodne uszczelnienie trzonka zaworu: Ponieważ trzonek zaworu tylko się obraca, a nie unosi, uszczelnienie trzonka zaworu nie jest łatwe do uszkodzenia, a zdolność uszczelniania wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia średniego.
6. Dobre uszczelnienie gniazda zaworu: pierścień uszczelniający wykonany z materiałów elastycznych, takich jak politetrafluoroetylen, jest łatwy do uszczelnienia, a zdolność uszczelniania zaworu kulowego wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia średniego.
7. Mały opór przepływu cieczy, zawory kulowe o pełnej średnicy praktycznie nie mają oporu przepływu.
8. Prosta konstrukcja, niewielkie rozmiary i niska waga.
9. Szczelny i niezawodny. Posiada dwie powierzchnie uszczelniające, a materiały powierzchni uszczelniającej zaworu kulowego są powszechnie stosowane w różnych rodzajach tworzyw sztucznych, co zapewnia dobrą szczelność i pozwala na osiągnięcie pełnej szczelności. Zawór jest również szeroko stosowany w systemach próżniowych.
10. Łatwa obsługa, szybkie otwieranie i zamykanie, wystarczy obrócić o 90° od pełnego otwarcia do pełnego zamknięcia, wygodna kontrola na dużą odległość.
11. Łatwa konserwacja, zawór kulowy ma prostą konstrukcję, a pierścień uszczelniający jest zazwyczaj ruchomy, co ułatwia demontaż i wymianę.
12. W stanie pełnego otwarcia lub pełnego zamknięcia powierzchnia uszczelniająca kuli i gniazda zaworu jest odizolowana od medium, a medium nie powoduje erozji powierzchni uszczelniającej zaworu podczas przepływu.
13. Szeroki zakres zastosowań, średnice od kilku milimetrów do kilku metrów, możliwość stosowania w warunkach od wysokiego podciśnienia do wysokiego ciśnienia.
14. Ponieważ zawór kulowy ma właściwości czyszczące podczas otwierania i zamykania, można go stosować w mediach z zawieszonymi cząstkami stałymi.
15. Wysoka precyzja przetwarzania, wysoki koszt, nieodpowiednie do stosowania w wysokich temperaturach, jeśli w rurociągu znajdują się zanieczyszczenia, łatwo może dojść do zablokowania zaworu, w wyniku czego nie będzie można otworzyć zaworu.

Jakie są kategorie zaworów kulowych

 Klasyfikacja funkcji

• Zawór obejściowy:zawory kulowe są zazwyczaj otwierane przez stojącą wodę, dlatego zawory obejściowe są nastawiane tak, aby najpierw wyrównać ciśnienie, czyli obie strony zostaną napełnione wodą;
• Zawór powietrza:podczas napełniania wodą powietrze jest usuwane, a pływak automatycznie zamyka zawór; podczas spuszczania wody powietrze jest uzupełniane, a pływak automatycznie opada;
• Zawór bezpieczeństwa:podczas otwierania i zamykania zaworu ciśnienie wody pomiędzy zaworem a pokrywą uszczelniającą jest usuwane, aby zapobiec zużyciu pokrywy uszczelniającej;
• Zawór spustowy:odprowadzić ścieki z dolnej części korpusu kuli.

Klasyfikacja siłowników zaworów kulowych

• Pneumatyczny zawór kulowy
• Elektryczny zawór kulowy
• Hydrauliczny zawór kulowy
• Zawór kulowy pneumatyczny i hydrauliczny
• Zawór kulowy elektrohydrauliczny
• Zawór kulowy przekładni turbiny

Klasyfikacja według materiału obudowy/korpusu zaworu kulowego

• Zawór kulowy z materiału metalowego:takie jakZawory kulowe ze stali węglowej, zawory ze stali stopowej, zawory kulowe ze stali nierdzewnej, zawory żeliwne, zawory ze stopu tytanu, zawory ze stopu monel, zawory ze stopu miedzi, zawory ze stopu aluminium, zawory ze stopu ołowiuitp.
• Zawory z korpusem metalowym: takie jak zawory wyłożone gumą, zawory wyłożone fluorem, zawory wyłożone ołowiem, zawory wyłożone tworzywem sztucznym, zawory wyłożone emalią.
• Zawory z materiałów niemetalowych: takie jak zawory ceramiczne, zawory szklane, zawory plastikowe.

Główne parametry zaworu kulowego

• Ciśnienie nominalne: PN1,0-42,0 MPa, KLASA ANSI 150-2500, JIS10-20K
• Średnica nominalna: DN6~1200, NPS 1/4~48
• Połączenie końcowe: kołnierzowe, spawane doczołowo, gwintowane, spawane mufowo itp.
• Temperatura zastosowania: -196℃~540℃;
• Działanie: ręczny, przekładnia ślimakowa, pneumatyczny, elektryczny, hydrauliczny, połączenie gazowo-cieczowe, połączenie elektrohydrauliczne;
• Materiał korpusu zaworu: WCB, ZG1Cr18Ni9Ti, ZG1Cr18Ni12Mo2Ti, CF8(304), CF3(304L), CF8M(316), CF3M (316L), Ti., Do wody, pary, oleju, kwasu azotowego, kwasu octowego, ośrodka utleniającego, mocznika i innych mediów można stosować różne materiały.

Metoda i etapy montażu zaworu kulowego na rurociągu 

1. Zdejmij osłony ochronne z obu stron kołnierza, a następnie przepłucz i wyczyść zawór po jego całkowitym otwarciu.
2. Przed instalacją należy przetestować całą maszynę zgodnie ze wskazanym sygnałem (elektrycznym lub gazowym) (aby zapobiec wpływowi drgań powstałych podczas transportu na wydajność), a dopiero po przejściu testu (podłączeniu zgodnie ze schematem obwodu siłownika elektrycznego) można ją podłączyć do sieci.
3. Przed podłączeniem do rurociągu należy przepłukać i oczyścić rurociąg z pozostałych w nim zanieczyszczeń (substancje te mogą uszkodzić gniazdo i kulkę zaworu).
4. Podczas montażu nie należy używać siłownika zaworu jako punktu podnoszenia, aby uniknąć uszkodzenia siłownika i akcesoriów.
5. Tego typu zawory należy montować w kierunku poziomym lub pionowym rurociągu.
6. Rurociąg w pobliżu miejsca instalacji nie może się uginać ani być poddawany działaniu sił zewnętrznych. W celu wyeliminowania odchyleń rurociągu można zastosować wsporniki lub podpory rurowe.
7. Po podłączeniu do rurociągu należy dokręcić śruby połączenia kołnierzowego z wymaganym momentem obrotowym.

Zastosowania zaworów kulowych

Ponieważ zawory kulowe zazwyczaj wykorzystują gumę, nylon i politetrafluoroetylen jako materiały na pierścienie uszczelniające gniazda zaworu, ich temperatura pracy jest ograniczona przez materiał pierścienia uszczelniającego gniazda zaworu. Efekt odcięcia zaworu kulowego uzyskuje się poprzez dociskanie metalowej kuli do plastikowego gniazda zaworu pod wpływem medium (zawór kulowy pływający). Pierścień uszczelniający gniazda zaworu ulega miejscowym odkształceniom sprężysto-plastycznym pod wpływem określonego nacisku. Odkształcenie to kompensuje dokładność wykonania i chropowatość powierzchni kuli, zapewniając jednocześnie szczelność zaworu kulowego.

Ponieważ uszczelka gniazda zaworu kulowego jest zwykle wykonana z tworzywa sztucznego, przy wyborze konstrukcji i wydajności zaworu kulowego należy wziąć pod uwagę ognioodporność i zapobieganie pożarom, zwłaszcza w przemyśle naftowym, chemicznym, metalurgicznym i innych gałęziach przemysłu. W przypadku stosowania zaworów kulowych w urządzeniach i systemach rurociągów z mediami łatwopalnymi i wybuchowymi należy zwrócić większą uwagę na ognioodporność i zapobieganie pożarom.

Zawory kulowe zaleca się zazwyczaj do stosowania w systemach rurociągowych z regulacją dwupołożeniową, doskonałym uszczelnieniem, odpornością na błoto, zużycie, kanał kurczliwy, szybkie otwieranie i zamykanie (1/4 obrotu przy otwieraniu i zamykaniu), odcięciem wysokiego ciśnienia (duża różnica ciśnień), niskim poziomem hałasu, kawitacją i zgazowaniem, niewielkim wyciekiem do atmosfery, małym momentem roboczym i małym oporem płynu.

Zawory kulowe nadają się również do systemów rurociągowych o lekkiej konstrukcji, z odcięciem niskiego ciśnienia (niewielka różnica ciśnień) i mediami agresywnymi. Zawory kulowe mogą być również stosowane w urządzeniach niskotemperaturowych (głębokiego zimna) i systemach rurociągowych. W systemach rurociągów tlenowych w przemyśle metalurgicznym należy stosować zawory kulowe dokładnie odtłuszczone. Gdy główny rurociąg naftowy i gazowy musi być zakopany pod ziemią, należy zastosować spawany zawór kulowy o pełnym przelocie. Gdy wymagana jest regulacja, należy wybrać zawór kulowy o specjalnej konstrukcji z otworem w kształcie litery V. W przemyśle naftowym, petrochemicznym, chemicznym, energetycznym i budownictwie miejskim, zawory kulowe z uszczelnieniem metal-metal można stosować do systemów rurociągowych o temperaturze roboczej powyżej 200 stopni.

Zalety i wady zaworów kulowych

Zalety zaworów kulowych:

1. Posiada najniższy opór przepływu (właściwie 0);
2. Ponieważ nie zacina się w trakcie pracy (gdy nie ma środka smarującego), można go niezawodnie stosować w mediach korozyjnych i cieczach o niskiej temperaturze wrzenia;
3. Umożliwia osiągnięcie całkowitego uszczelnienia w szerokim zakresie ciśnień i temperatur;
4. Umożliwia szybkie otwieranie i zamykanie, a czas otwarcia i zamknięcia niektórych struktur wynosi zaledwie 0,05–0,1 sekundy, co gwarantuje możliwość zastosowania w systemach automatyki stanowiska testowego. Szybkie otwieranie i zamykanie zaworu zapewnia bezproblemową pracę.
5. Sferyczna część zamykająca może automatycznie znaleźć się w pozycji granicznej;
6. Medium robocze jest niezawodnie uszczelnione z obu stron;
7. W stanie pełnego otwarcia i pełnego zamknięcia powierzchnia uszczelniająca kuli i gniazda zaworu jest odizolowana od medium, dzięki czemu medium przepływające przez zawór z dużą prędkością nie spowoduje erozji powierzchni uszczelniającej;
8. Konstrukcja jest zwarta i lekka, można ją uznać za najbardziej rozsądną konstrukcję zaworu dla układów z medium niskotemperaturowym;
9. Korpus zaworu jest symetryczny, szczególnie spawana konstrukcja korpusu zaworu, która dobrze wytrzymuje naprężenia pochodzące z rurociągu;
10. Element zamykający wytrzymuje dużą różnicę ciśnień po zamknięciu. ⑾ Zawór kulowy z całkowicie spawanym korpusem można zakopać bezpośrednio pod ziemią, dzięki czemu jego elementy wewnętrzne nie ulegają korozji, a jego maksymalna żywotność sięga 30 lat. Jest to idealny zawór do rurociągów naftowych i gazowych.

Wady zaworów kulowych

1. Ponieważ główny pierścień uszczelniający gniazda zaworu kulowego jest wykonany z poli(tetrafluoroetylenu), charakteryzuje się on wysokim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, jest wrażliwy na płynięcie na zimno i ma słabą przewodność cieplną. W związku z tym, stwardnienie materiału uszczelniającego może prowadzić do utraty niezawodności uszczelnienia.
2. Ponadto politetrafluoroetylen charakteryzuje się niską odpornością temperaturową i może być stosowany wyłącznie w temperaturach poniżej 180°C. Powyżej tej temperatury materiał uszczelniający ulega starzeniu. Biorąc pod uwagę długotrwałe użytkowanie, zazwyczaj stosuje się go w temperaturze 120°C.
3. Jego parametry regulacyjne są gorsze niż zaworu odcinającego, szczególnie zaworu pneumatycznego (lub elektrycznego).