Общий принцип работы
Фланцевый дроссельный клапан с жестким уплотнением изолирует или регулирует поток путем вращения диска вокруг оси клапана на четверть оборота. Корпус имеет две поверхности фланцев, так что клапан крепится болтами непосредственно между фланцами трубы, а диск установлен на штоке, который проходит через корпус и поворачивается с помощью маховика, привода редуктора, пневматического цилиндра или электрического привода. Когда диск полностью открыт, он лежит параллельно направлению потока, поэтому потоку препятствует только его собственная толщина, и падение давления остается очень небольшим. В закрытом состоянии диск прижимается к металлическому седлу и перекрывает проход.
Термин «жесткое уплотнение» относится к паре посадочных мест. Вместо эластомерного кольца седло состоит из контактных поверхностей металла-к-металлам или из металлической поверхности с наплавленным покрытием, поэтому клапан выдерживает температуры, давления и абразивные среды, которые могут разрушить мягкое седло.
Штоковой привод и привод
Передача крутящего момента: привод поворачивает шток, который прикреплен к диску шпонкой или шлицевым соединением. Червячная передача или зубчатый редуктор обычно устанавливаются между приводом и штоком на клапанах большего размера, поскольку требуемый крутящий момент выше, чем может обеспечить ручная рукоятка прямого управления.
Четверть-поворотный ход: диск перемещается на 90 градусов от полностью закрытого до полностью открытого положения. В случае электрического привода этот ход обычно занимает от нескольких секунд до примерно полминуты, в зависимости от размера и скорости привода.
Сигналы управления: электрические приводы принимают аналоговый командный сигнал, например, от 4 до 20 мА, и возвращают сигнал обратной связи по положению, что позволяет позиционировать клапан для регулирования, а не только для включения и выключения.
Механические упоры: регулируемые ограничители хода устанавливают полностью открытое и полностью закрытое положения так, чтобы диск садился с правильным натягом без чрезмерного-перемещения, которое могло бы повредить уплотнительные поверхности.
Ручное переопределение: обычно предусмотрен маховик или отключаемый механизм, позволяющий управлять клапаном при потере электропитания или подачи приборного воздуха.
Конструкция жесткого уплотнения и механизм уплотнения
Уплотняющая поверхность образована двумя твердыми материалами, находящимися в непосредственном контакте. Типичные сочетания: нержавеющая сталь с нержавеющей сталью, нержавеющая сталь с наплавкой на основе кобальта-или вставка из закаленного сплава с седлом с-обработанной поверхностью. Уплотнительный элемент должен противостоять как абразивному действию среды, так и истиранию, возникающему при скольжении двух одинаковых металлов друг по другу под высоким контактным давлением.
Герметизация зависит от четырех эффектов, действующих вместе:
Геометрическая интерференция: в конструкциях со смещением диск входит в седло с небольшим клиновым действием на последних градусах хода, поэтому контактное давление резко возрастает в конце хода закрытия.
Крутящий момент: крутящий момент привода передается через шток на контакт седла, поэтому привод правильного размера напрямую влияет на давление уплотнения.
Помощь давлением: линейное давление, действующее на входную поверхность диска, увеличивает силу контакта между диском и седлом, поэтому уплотнение затягивается при повышении давления.
Упругий прогиб: кольцо седла и край диска слегка отклоняются, компенсируя небольшие перекосы и термическую деформацию корпуса.
Спецификация и варианты материалов
| Элемент | Типичная спецификация |
|---|---|
| Стандарт дизайна | API 609, толщина стенки и номинальное давление-температура соответствуют ASME B16.34. |
| Тип кузова | Короткий или длинный корпус с двойным фланцем или корпус с проушинами |
| Материал корпуса | Углеродистая сталь по ASTM A216 WCB, нержавеющая сталь по ASTM A351 CF8/CF8M, ковкий чугун по ASTM A536 для более низких номиналов. |
| Материал диска | Нержавеющая сталь 304/316, литье CF8M или дуплексная нержавеющая сталь. |
| Сиденье | Седло из твердого металла или кольцо седла из закаленной нержавеющей стали, упругое седло в качестве альтернативы для работы при низких температурах. |
| Шток и подшипники | Шток из нержавеющей стали с самосмазывающимися-или анти-подшипниками качения и противовыбросовым-фиксатором. |
| Фланцевое сверление | ASME B16.5 или EN 1092-2, соответствует ответным фланцам трубы. |
| Тестирование | Испытание корпуса и седла по API 598 с классом герметичности седла по ISO 5208; соответствие требованиям пожарной-безопасности API 607, где это необходимо. |
Диапазон рабочих температур и давлений
Поскольку в паре седел нет полимера, полезный диапазон температур задается металлическими компонентами и уплотнением штока. Конструкции с жестким уплотнением обычно применяются в контурах пара, горячего масла, дымовых газов и теплопередачи, где температура достигает нескольких сотен градусов, а также в классах давления до класса 600 или выше с соответствующим материалом корпуса. Набивка штока часто является ограничивающим элементом, а набивка на основе графита- используется для работы при высоких температурах.
Если жесткое уплотнение используется при температуре окружающей среды в чистой среде, скорость утечки обычно выше, чем у клапана с упругим седлом, поскольку контакт металла-к-металлу не может соответствовать той же степени, что и эластомер. Конструкция компенсирует это за счет использования смещенной геометрии и затвора с помощью давления-, описанного выше, а критерии приемки должны быть согласованы с классами утечки API 598 для фактической эксплуатации.
Точки установки, эксплуатации и проверки
Выравнивание фланцев: перед установкой клапана два фланца трубы должны быть параллельны и концентричны, поскольку фланцевый корпус передает любое несоосность непосредственно на седло.
Предпочтительная ориентация: обычно предпочтительнее использовать горизонтальный шток, чтобы подшипник штока не был нагружен мусором и чтобы край диска не опирался на седло.
Избегайте постоянного дросселирования при работе с абразивными материалами.: если диск частично открыт в среде,-нагруженной частицами, край седла разрушается узкой полосой. Используйте клапан для изоляции и регулируйте в другом месте.
Проверка сиденья: при каждом останове проверяйте контактную ленту на диске и седло на предмет истирания, задиров и попадания твердых частиц, а также убедитесь, что ограничители хода по-прежнему обеспечивают полную посадку.
Обслуживание упаковки: отрегулируйте или замените набивку штока при первых признаках растекания и проверьте поверхность штока на наличие задиров, поскольку потертости на штоке быстро разрушат новую набивку.
Настройка привода: проверьте настройку крутящего момента, а также концевые выключатели открытия и закрытия после любого технического обслуживания, чтобы клапан не сильно прижимался к седлу.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Что означает жесткое уплотнение в дроссельной заслонке?
Это означает, что посадочное место образовано металлическими поверхностями, часто с наплавкой на одной или обеих частях, а не эластомерным кольцом. Это устраняет температурные ограничения мягкого седла и делает клапан пригодным для пара, горячего масла и абразивных сред.
Вопрос: Как жесткое уплотнение обеспечивает герметичность-закрытия без эластомера?
Контактное давление создается за счет геометрического взаимодействия смещенного диска, крутящего момента, приложенного через шток, и линейного давления, действующего на поверхность диска. Вместе они прижимают металлические поверхности друг к другу достаточно прочно, чтобы закрыть проход, а компонент давления означает, что герметизация улучшается по мере увеличения перепада.
Вопрос: Почему момент седла выше, чем у клапана с мягким-седлом?
Металлическое седло должно упруго деформироваться, чтобы соответствовать требованиям, а трение между твердыми поверхностями велико, поэтому для достижения требуемого контактного давления требуется больший крутящий момент. Поэтому привод должен быть рассчитан на максимальный перепад давления, который будет испытывать клапан при закрытии.
Вопрос: Можно ли использовать дроссельный клапан с жестким уплотнением для регулирования?
Да, четверть-поворотная характеристика позволяет расположить диск под промежуточными углами для управления потоком, и электрические приводы с аналоговыми сигналами поддерживают эту функцию. Однако в абразивных условиях или при работе с высоким перепадом давления постоянное дросселирование ускоряет износ седла, и клапан лучше использовать для изоляции.
Вопрос: Как проверяется клапан перед поставкой?
Испытания корпуса и седла проводятся в соответствии с API 598, при этом степень утечки через седло указана в соответствии с ISO 5208. Если клапан предназначен для работы в огнеопасных средах, к нему добавляются испытания-пожаробезопасности по API 607, и сертификаты испытаний должны поставляться вместе с клапаном.
Вопрос: Каковы наиболее распространенные причины утечек в полевых условиях?
Несоосные фланцы, посторонние частицы, попавшие между диском и седлом, недостаточный крутящий момент привода и повреждение седла, вызванное дросселированием в абразивной среде. Очистка линии перед-пуском и проверка соосности фланцев устраняют большинство этих причин.