Her Şeyi-Kapsayan Küresel Vananın Gelişimi
Kompakt tasarımı, kullanım kolaylığı, onarım kolaylığı ve geniş performans kapasitesi, küresel vananın modern endüstriyel uygulamalarda baskın bir tasarım olmasına yardımcı olmuştur.
Küresel vananın icadının, modern akış kontrol gereksinimlerini karşılayan çok sayıda benzersiz çözüm sağlayan, vana endüstrisi için devrim niteliğinde bir gelişme olduğu kanıtlanmıştır. Ancak başarılı uygulaması hemen belli olmadı.
Küresel vananın ömrünün ilk yıllarında mevcut varlıkları ve değerleri henüz gerçekleşmemişti. Gerçekten yuvarlak bir top yapmak için işleme teknolojisinin eksikliği mevcut değildi. Ve doğal kauçukların kullanımıyla ilgili zamanın sızdırmazlık malzemeleri çok sınırlıydı ve küresel vananın herhangi bir önemli endüstriyel kullanıma uygulanmasını engelliyordu.
İkinci Dünya Savaşı sırasında ve 1950'li yıllara gelindiğinde, savaş çabaları için geliştirilen işleme teknolojisi, küresel vananın doğal avantajlarının askeri kullanıma sunulmasına olanak sağladı. Çoğunlukla Teflon markasıyla bilinen politetrafloroetilen (PTFE) gibi sentetik malzemelerin geliştirilmesi, endüstriyel sektör uygulamalarının önünü açtı.
Günümüzde küresel vana, sıvıların, gazların ve hatta katıların akış kontrolü için çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu uygulamalar -450 derece F (-267 derece) ila 1600 derece F (871 derece) arasında değişen sıcaklıklardadır. Basınçlar tam vakumdan 20.000 psi'nin üzerine kadar değişebilir.
Küresel Vana Tasarımı
Küresel vananın ana bileşenleri gövde, bilye, yuvalar ve gövdedir. Bu bileşenler çok çeşitli malzemelerden yapılabilir. Küresel vanalar, flanşlı, dişli, kaynak uçlu ve wafer'ın yanı sıra özel uç bağlantıları da dahil olmak üzere çok sayıda uç bağlantısıyla sunulmaktadır.
Temel bilgiler
Küresel vana tasarımları, tapa ve kelebek vanalar da dahil olmak üzere, çeyrek-dönüşlü vana kategorisine girer. Bu çeyrek-dönüş kategorisi, valf gövdesinin çalışma için 90 derece döndürüldüğü anlamına gelir.
Bu tasarımlardan en yaygın olanları yüzer tasarım ve muyluya- monteli tasarımdır. Sızdırmazlık açısından genellikle iki yönlüdürler ve açma ve kapama için herhangi bir konuma veya yöne yönlendirilebilirler.
Bu küresel vanaların diğer tasarımlara göre sahip olduğu temel avantajlardan bazıları şunlardır:
Yüksek-akış verimliliği için tam bağlantı noktası
daha düşük tork
daha geniş basınç ve sıcaklık aralığı
yüksek çevrim kapasitesi
üstün gövde contaları
yangın-güvenliği
otomatikleştirmenin daha düşük maliyeti.
Yüzen bilya tasarımı, valf monte edildiğinde başlangıçta bilyayı yumuşak yuvalar arasında sıkıştırır. Bu, yuva malzemesini topun gözeneklerine soğuk-akmaya zorlayarak bir vakum ve düşük-basınçlı sızdırmazlık oluşturur. Kapalı konumda, hat basıncı topu aşağı yöndeki koltuğa doğru zorlar. Bu, koltuğun basınç ve sıcaklık tasarımı üzerinde sıkı bir kapatma sağlar.
Yüzer tasarım en yaygın olanı 1/4 ila 12 inç boyut aralığındadır, ancak bazı üreticiler 18 inç'e kadar boyutlar da sunmaktadır. Yüzer küresel vana boyutu, bilyenin boyutu ve ağırlığı ile ve boyut arttıkça onu döndürmek için gereken torkla sınırlıdır.
Muyluya-monteli tasarımlar, yüzer tasarımın tam tersi şekilde çalışır. Muylu tasarımında, top yüzemez ancak üstteki gövde ve alttaki yataklar kullanılarak bir şaft veya muylu tarafından sağlam bir şekilde konumlandırılır. Başlangıçtaki düşük-basınç sızdırmazlığını geliştirmek için koltuklar bir yay veya yaylar kullanılarak topa doğru sıkıştırılır.
Muylu valf yuvaları, artan basıncın yukarı akış yatağını bilyaya daha sert itmesiyle prosese enerji verilecek contalarla-tasarlanmıştır. Bu, koltuğun basınç ve sıcaklık tasarımı üzerinde sıkı bir kapatma sağlar.
Muylu tasarımları genellikle yüzen top tasarımı uygulamasının kaldığı yerden devam eder ve 3-72 inç boyut aralığında bulunabilir. Bu valf tasarımının avantajı, valf boyutu büyüdükçe belirgin hale gelir.
Muylu valfindeki yuvalar topu desteklemediğinden, bilyanın ağırlığı ve çalışma torku faktör değildir. Bu, muylu valf yuvalarının bilyeyi sızdırmaz hale getirme konusunda uzmanlaşabileceği ve herhangi bir yüzer tasarım tipinde yapılabileceklerden daha küçük harekete sahip çok daha büyük valflere izin verebileceği anlamına gelir.
Vücut
Küresel vana gövdesi akla gelebilecek her türlü metalden dökülebilir, dövülebilir veya makinede işlenebilir. Bunun nedeni küresel vananın basit ve kompakt tasarımıdır. Uygulanabilir metaller şunları içerir:
Pirinç, bronz ve alüminyum gibi-demir içermeyenler
Demir, karbon çelikleri ve paslanmaz çelikler dahil olmak üzere demir-bazlı metaller
Hastelloy, Inconel ve nikeli içeren nikel-bazlı metaller
Titanyum, tantal ve zirkonyum dahil reaktif metaller.
Küresel vanalar ayrıca PVC, polietilen ve polipropilen dahil olmak üzere çeşitli plastik ve polimerlerden de yapılır. Küresel vanalar ayrıca polimerler ve plastiklerle kaplanabilir ve alümina ve zirkonya gibi seramiklerden yapılabilir veya bunlarla kaplanabilir.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki valf gövdelerinin temel tasarımı, ASME (Amerikan Makine Mühendisleri Birliği) standardı B16.34 kurallarına uygundur. Bu standartlar, çoğu demirli alaşım için basınç-sıcaklık ilişkileriyle birlikte duvar kalınlıklarını, gerilim seviyelerini ve diğer parametreleri belirler.
B16.10 kuralları aynı zamanda birçok vana sınıfının kabul edilebilir boyutlarını da belirtir; örneğin boru hattı vanaları için API (Amerikan Petrol Enstitüsü) standardı 6D ve API 608, "Metal Küresel Vanalar-Flanşlı, Dişli ve Kaynak Uçları" gibi sektöre özel standartlar-. Bu spesifikasyonlar, valf tasarımının üreticiden üreticiye tutarlı kalmasını ve amaçlanan uygulama için güvenli olmasını sağlamak amacıyla boyutları, malzemeleri ve uygulamaları kontrol etmektedir.
Su işleri hizmetindeki küresel vanalar, AWWA (Amerikan Su İşleri Birliği) standardı, C507-18, "Küresel Vanalar, 6 inç ila 60 inç (150 mm ila 1500 mm)" kapsamındadır.
Diğer birçok ülkenin ulusal standartları vardır ve bazı kuruluşlar da uluslararası standartları teşvik etmektedir. Küresel pazara girmek isteyen vana üreticilerinin ISO (Uluslararası Standardizasyon Örgütü), PED (Avrupa Komisyonu - Basınçlı Ekipman Direktifi), CE (PED) ve ATEX (Bureau Veritas) standartlarının yanı sıra Çin ve Rusya'da mevcut olan diğer birçok standartlara uyması gerekmektedir. Bu standartların karşılanması, Avrupa Birliği ile ticaretin yanı sıra Japonya için JIS standartları ve diğer yerlerdeki benzer gereklilikler için bir zorunluluk haline gelmiştir.
Küresel vanaların derecelendirilmesine ilişkin diğer genel spesifikasyonlar arasında WOG (su/yağ/gaz), CWP (soğuk çalışma basıncı) ve WSP (çalışma buhar basıncı) yer alır. Bu derecelendirmeler daha sınırlıdır ve genellikle bireysel üretici tarafından belirlenir. Bu spesifikasyonların tümü, vana tasarımı için sıcaklık arttıkça basınç değerini düşüren bir basınç/sıcaklık eğrisi oluşturacaktır.
Gövde tasarımları dört temel konfigürasyona ayrılmıştır:
Üç-Parçalı Dışarı Açılır. Gövde üç parça halinde tasarlanmış olup, valfin tamamını sökmeye gerek kalmadan, onarım için orta gövde bölümünü hattın dışına kolayca sallama özelliğine sahiptir. Bu, vanalar bir boru hattına vidalandığında veya kaynaklandığında kullanışlıdır.
Girişi Sonlandır. Bu tasarımda tek-parça veya yekpare tasarım kullanılır. Tüm dahili bileşenler, parçaları tutmak için bir uç tapanın takıldığı uçtan vanaya monte edilir. Bu tasarım, her türlü gövde veya kapak contasını ortadan kaldırarak olası bir sızıntı yolunu ortadan kaldırır.
Bölünmüş Gövde. Bu tasarım (Şekil 5), adından da anlaşılacağı gibi, gövdeyi ikiye böler ve kolay montaja olanak tanır ve üç-parçalı tasarıma göre daha az gövde contası sağlar.
Bu bölünmüş gövde tasarımı özellikle vana boyutu büyük olduğunda avantajlıdır ve büyük bileşenlerin montajını kolaylaştırır.
Üst Giriş. Üst giriş tasarımında, iç parçaların birleştirilmesi için gövdenin üst kısmının açıkta bırakılması dışında, uç giriş gibi tek-parçalı bir gövde kullanılır. Daha sonra valfin tepesine bir kapak cıvatalanır ve bu tasarım, üç-parçalı tasarıma benzer şekilde-hatta onarılabilir hale gelir. En yaygın üstten giriş tasarımları, diğer tasarımlardan farklı olarak bilye ve yuvaların birlikte yüzdüğü ve gövde içinde konik bir şekilde hareket ettiği için küresel vana tasarımlarına özgüdür.
Top
Küresel vananın akış kontrol elemanı elbette bilyadır. Bilya koltuğa karşı etki eder ve valf içindeki akışı durdurabilir veya kontrol edebilir. Bilyalar, yüzey kalitesi ve küresellik veya yuvarlaklık açısından hassas toleranslara göre tasarlanmış ve üretilmiştir. Özellikle metal yuvalar ve metal-metale-sızdırmazlık gerektiğinde, düzgün çalışma, azaltılmış tork ve iyi sızdırmazlık performansı açısından hem bilya hem de yuva kritik öneme sahiptir. Bilyalı port konfigürasyonu, standart düz ve açık-delik tarzından, üç- ila beş-yollu port tasarımı sunan küresel vanalar için çok-portlu stile kadar değişebilir. Çoğu küresel vana tasarımında tam küresel bir bilya kullanılırken, yarım bilye (sektör) kullanan ve bilyayı yuvaya zorlamak için kam hareketi kullanan tasarımlar da vardır.
Vanalarda kullanılan bilyeler metal, seramik veya plastik dahil olmak üzere birçok malzemeden işlenir. Metal toplar çeşitli kaplamalar veya yüzey işlemleriyle geliştirilebilir. Bunlar, ana metalin dayanamadığı aşınmayı önlemek için gelişmiş aşınma direnci, korozyon direnci veya yüksek sertlik sağlamak için kullanılır.
Yüzey iyileştirmeleri arasında polimerler, alev spreyi, akımsız nikel, PVD kaplamalar ve nitrür ve borür uygulaması gibi difüzyon işlemleri yer alabilir. Bu iyileştirmeler, küresel vanaların halihazırda kullanılmakta olan çok çeşitli uygulamalarda başarılı bir şekilde uygulanmasının önemli bir nedenidir.
Koltuklar
Koltuk tasarımı ve teknolojisinin geliştirilmesi, küresel vananın geniş bir uygulama yelpazesine yayılmasına olanak sağlamıştır. Bu yuvalar, valf tasarımına ve yuva malzemesine bağlı olarak birden fazla işlev sağlayabilir.
Esnek malzemeler durumunda sıkı bir kapatma sağlamaları, ayrıca yüzen bilye tasarımlarında topu desteklemeleri, servise direnç göstermeleri ve iyi bir çevrim ömrü sağlamaları gerekir. Koltuklar ayrıca akış kontrolü amacıyla karakterize edilmiş portları da içerebilir.
Yumuşak koltuk tasarımları genellikle, monte edildiğinde tam yüz teması sağlayan "sıkışma" tasarımları veya daha düşük tork ve daha iyi çevrim ömrü için yüz temasını azaltan esnek dudak tasarımları olarak{0}anılır.
Farklı gövde tasarımları bunları veya temel yumuşak koltuk tasarımının çeşitlerini kullanacaktır. Pek çok üreticinin tasarımı aynı zamanda bir tür boşluk basıncı tahliyesi sağlayarak, kapalı bir valf içinde sıkışıp kalan ortamdan kaynaklanan boşluk basıncının sıkışması durumunda yuva ve valfin hasar görmesini önler.
Günümüzde kullanılan yumuşak koltuk malzemeleri aşağıdakileri içerir ancak bunlarla sınırlı değildir:
Neopren ve Buna dahil kauçuklar
PTFE, TFM, PBI ve PFA dahil floropolimerler
UHMWPE (ultra-yüksek moleküler ağırlıklı polietilen)
PEEK (polieter eter keton)
Delrin
Naylon
Yüksek basınç, yüksek sıcaklık, aşındırıcılık ve akış kontrolü dahil olmak üzere en zorlu uygulamaların üstesinden gelmek için küresel vanalarda metal yuva tasarımları kullanılır.
Kullanımda olan pek çok metal koltuk tasarımı vardır; bunların en yaygınları katı metalden yapılmış, yüzeyi sertleştirilmiş veya kaplanmış ve benzer şekilde sertleştirilmiş bir bilyaya bindirilmiş yuvaları içerir. Bu, iyi bir sızdırmazlık sağlamak için bilya ve yuva yüzeylerini eşleştirir.
Diğer tasarımlar, grafit veya PTFE ile emprenye edilmiş sinterlenmiş metali ve hatta bazı esnek tasarımları içerir. Esnek yuvaların baloncuk-geçirmez olması gerekir, ancak metal yuvalı çoğu vanada, metal-yataklı küresel vanaların sızıntı spesifikasyon oranlarına göre bir miktar sızıntıya izin verilir. Bu spesifikasyonlardan en yaygın olanları MSS-SP-61 ve API 598'dir. Metal yataklı küresel vanalara yaygın olarak uygulanan diğer spesifikasyonlar arasında FCI 70.2 ve API standartları bulunur.
Çoğu metal-yataklı, yüzen top tasarımında, koltukları topa doğru sıkıştırmak ve koltuğun arka tarafını düşük basınçlara karşı kapatmak için yaylar ve/veya contalar kullanılır. Basınç arttıkça top, alt koltuğa doğru yüzer ve yumuşak-oturmalı versiyonun hareketine benzer şekilde koltuğun basınç ve sıcaklık tasarımı üzerinde kapatma sağlar.
Muylu tasarımlarında, hat basıncını yakalamak için yaylar ve çoğu zaman birkaç conta kullanılır ve basınç arttıkça koltukların topa karşı daha sert olmasına neden olur. Hatta bazı üreticiler oturma yüzeyini valf gövdesine işleyerek tek yöndeki yayları ve contaları ortadan kaldırıyor. Ancak bu genellikle tek yönlü bir valf işlemiyle sonuçlanır.
Kaynaklanıyor
Mil, küresel vanada bilyayı açık veya kapalı konuma veya akış kontrolü için ara konuma döndürmek için kullanılır. Gövde olarak düşünülen malzemelerin gövdenin, topun veya yuvaların basıncından daha fazlasına dayanması gerekir. Valf çalıştırıldığında kendilerine uygulanan torka dayanacak kadar yeterli gücü korurken, prosesin korozyonuna ve sıcaklığına da direnmeleri gerekir. Bu nedenle sap imalatı için genellikle daha yüksek mukavemetli ve korozyona{{3} dirençli malzemeler seçilir.
Çubuk, topun bağlantısı olduğundan, dışarıdan çalıştırılabilmesi için gövdenin içinden geçmesi gerekir. Bu, vanadaki ortamın kaçmasını önlemek için gövdenin contalara sahip olmasını gerektirir. Contaların kabarcıkları sıkı bir şekilde kapatması, sıvının korozyonuna ve sıcaklığına dayanıklı olması ve iyi bir çevrim ömrü sağlaması gerekir.
Tipik gövde contası malzemeleri arasında PTFE ve PEEK gibi polimerler bulunur. Daha yüksek sıcaklıklar veya yangın güvenliği için genellikle grafit gövde contaları kullanılır. Bu malzemeler geniş sıcaklık aralıklarında esnek kalır ve kimyasallara dayanıklıdır. Yangın-kapalı vanalarda, contaların yangına sızıntı yapmadan dayanabilmesi gerekir.
Küresel vana gibi döner çeyrek-dönüşlü vana tasarımları en iyi performansı gösteren gövde contalarına-sahiptir. Bunun nedeni, sürgülü ve küresel vanalarda bulunan yükselen gövde hareketinin aksine, gövdenin döner bir hareketle hareket etmesidir. Günümüzün çevresel kaygıları ve düzenlemeleri göz önüne alındığında, mil contası performansı vana üreticileri ve son-kullanıcılar için kritik öneme sahiptir.
Mil conta tasarımları iki temel kategoriye ayrılır: gövde-enerjili contalar ve gövde-enerjili contalar. Bu tasarımlarda birçok farklı tipte conta kullanılır; en yaygın olanları düz halka, şerit, fincan ve koni ve monolitik elemanlardır.
Kök Enerjilendi.Bu tasarımda genellikle birden fazla conta halkası bulunur. Bunlardan bazıları, birincil conta haline gelen valf gövdesi basınç sınırının içindedir ve diğerleri, "salmastra" veya "salmastra" kutusu adı verilen yerde basınç sınırının dışındadır.
Bu contalar, üst contaları bir salmastra takipçisi ile aynı anda sıkıştıran bir gövde somunu ile gövdeyi yukarı çekme hareketi yoluyla sıkıştırılır veya enerjilendirilir. Bu tasarımların çoğu, contalara canlı yük sağlamak için Belleville yaylarını içerir. Bu, gövde conta düzeneğinin kendi kendini ayarlamasını ve sıcaklığı-dengelemesini sağlayarak, yeniden ayarlamaya ihtiyaç duyulmadan önce daha uzun çevrim ömrüne olanak tanır.
Beden Enerjilendi.Bu tasarımda sızdırmazlık, salmastra kutusundaki basınç sınırının üzerinde, yine tekli veya çoklu conta halkaları kullanılarak gerçekleştirilir. Bazı üreticiler, basınç sınırının altındaki mil üzerinde bir baskı yatağı kullanabilir, ancak gerçekte burada hiçbir sızdırmazlık yapılmaz.
Bu contalar, gövdeye vidalanmış cıvatalar kullanılarak salmastra kutusundaki contaları sıkıştıran bir "boyunduruk" veya "salma plakası" kullanılarak yüklenir. Tasarım tipik olarak salmastra plakasına yeniden "canlı yük" sağlamak için cıvatalar üzerinde birden fazla Belleville yayını kullanır ve gövde contasının kendi kendine-ayarlanmasını sağlar.
Bu tasarımın avantajı milin contalar içinde serbestçe yüzebilmesi, torkun azalması ve mil contasının ömrünün artmasıdır. Bu tasarım aynı zamanda birden fazla conta seti kullanan, toksik ve yüksek-döngülü uygulamalar için ek veya yedek contalar oluşturan "kaçak emisyon" tasarımlarının dahil edilmesine de olanak tanır.
Uygulamalar
Modern küresel vanalar, gelişmiş tasarımları ve malzemeleriyle birçok hizmet ve endüstride kullanılmaktadır. Bu uygulamalardaki başarı, tartışıldığı gibi tüm bu tasarımların ve bileşenlerin doğru spesifikasyonuna bağlıdır.
Top tasarımları açma/kapama hizmetiyle sınırlı değildir. Akışları yönlendirmek, kontrol etmek veya karıştırmak için kullanılabilirler. Yönlendirme ve karıştırma için birden fazla bağlantı noktasına sahip olunarak veya akış kontrolü için V- bağlantı noktası gibi karakterize edilmiş bir bağlantı noktasına sahip olunarak farklı işlevler gerçekleştirilebilir.
Orta düzeyde-basınç düşüşü akış kontrolü uygulamalarında çeyrek-dönüşlü küresel vana kullanımı daha yaygın hale geliyor. Bunun nedeni, elektrikli ve pnömatik çalıştırmadaki dijital kontrollerle birleştirildiğinde daha düşük maliyet, sıkı kapatma ve yüksek doğruluk gibi proses avantajlarıdır.
Benzersiz uygulamalar için özel küresel vana tasarımları da mevcuttur. Bunlar, son derece düşük sıcaklıklara dayanması gereken kriyojenik hizmete yönelik valfleri ve son derece yüksek sıcaklık ve basınçlara dayanması gereken yüksek-basınçlı buhara yönelik valfleri içerebilir.
Diğer küresel vana uygulamaları arasında ilaç, havacılık, nükleer, biyoteknoloji ve kağıt hamuru ve kağıt gibi endüstrilerdeki kullanımları yer almaktadır. Kullanıldıkları uygulamalar arasında asitler ve kimyasallar, bulamaçlar, termal akışkanlar, buhar ve kriyojenikler yer alır.
Çözüm
Kompakt tasarımı, kullanım kolaylığı, onarım kolaylığı ve geniş performans kapasitesi, küresel vananın modern endüstriyel uygulamalarda baskın bir tasarım olmasına yardımcı olmuştur. Küresel vanalar da yeni ve daha zor talepleri karşılamak için gelişmeye devam ediyor.
Sanayi sektörü güvenliğe, çevreye, artan verimliliğe ve maliyetlerin azaltılmasına giderek daha fazla önem veriyor. Böylece küresel vananın varlıkları, onu gelecekte birçok rol üstlenecek önemli bir oyuncu haline getirmeye devam edecektir.