Получите смету

Введение в сферу шаровых клапанов: конструктивные особенности, анализ отказов, применение

Ball Valve Introduction: Structural Features, Failure Analysis, Applications

Введение в сферу шаровых клапанов: конструктивные особенности, анализ отказов, применение

15 января 2026

Шаровые клапаны, появившиеся в 1950-х годах, быстро превратились в одну из основных категорий клапанов за несколько десятилетий. Самые ранние шаровые клапаны эволюционировали из пробочных клапанов, использовавших шар вместо пробки для управления течением жидкости. Площадь прохода потока внутри клапана соответствует диаметру трубопровода, что позволяет жидкости проходить прямо с минимальным падением давления. Работа от полного открытия к полностью закрытому требует всего поворота клапана на 90°. Клапанная система состоит из нескольких компонентов, что облегчает обслуживание и ремонт. Шаровые клапаны очень подходят для транспортировки жидкостей, таких как жидкости и газы. Однако, поскольку сиденья обычно изготовлены из резины, нейлона или PTFE, рабочая температура обычно ограничена ниже 200°C. Для суспензия, твердых веществ или высокотемпературных сред необходимо использовать металлические сиденья. Сегодня шаровые клапаны широко применяются в различных областях, таких как нефтехимия.
 
I.. Классификация шаровых клапанов
1. По структуре: Классифицируется на плавающие и трунионные шариковые клапаны в зависимости от опорного механизма.
2. С посадкой: Разделены на верхний вход, боковой вход (цельный, двухсекционный, трёхчастный) и угловые шариковые краны в зависимости от метода установки.
3. По шаровой структуре: включает шариковые клапаны с интегрированным шариком, сегментированным шариком и шариком V-образного порта (арочный сегментный шар, эллиптический сегментный шарик).
4. По потоку: Классифицируется на двухсторонние, трёхсторонние и четырёхсторонние шаровые клапаны.
5. По материалу сидений: Делится на мягкие и жесткие шаровые клапаны в зависимости от материала внутренних частей (в основном седла).
6. По приводу: Включает ручные, пневматические, электрические и гидравлические шаровые клапаны.
7. По применению: Классифицируется на вакуумные шаровые клапаны, криогенные шаровые клапаны, высокотемпературные шаровые краны, шаровые клапаны с изолированной оболочкой и коррозионно-устойчивые шариковые клапаны.

Шаровые клапаны можно классифицировать по-разному. Наиболее распространённые категории включают четыре: плавающие шариковые клапаны с мягким уплотнением, плавающие шариковые клапаны с твёрдым уплотнением, шаровые клапаны с мягким уплотнением Trunnion и шаровые клапаны с твёрдым уплотнением Trunnion, как показано на иллюстрациях.
Fleyenda Flow Floating Soft-Seal Ball ValveFleyenda Flow Floating Hard-Seal Ball Valve
Fleyenda Flow Fixed Soft-Seal Ball ValveFleyenda Flow Fixed Hard-Seal Ball Valve

II.. Характеристики шаровых клапанов

По сравнению с другими типами клапанов, шаровые клапаны имеют несколько преимуществ. Во-первых, у них высокая пропускная способность. Шариковые клапаны доступны в конфигурациях с уменьшенным и полным диаметром, и независимо от конструкции, обычно имеют низкий коэффициент сопротивления потоку. Во-вторых, они обеспечивают быструю и простую эксплуатацию. Обычно для полного открытия или закрытия клапана достаточно поворота клапана на 90°, что обеспечивает быстрое срабатывание. Кроме того, шаровые краны оснащены конструкцией противопрорывного штанга для обеспечения более безопасного использования и обслуживания.

Основные характеристики шаровых клапанов с мягким уплотнением
1. Шаровые клапаны с мягким уплотнением обычно имеют высокую платформу с прямым креплением и регулируемой скрытой уплотнительной вставками. Упаковку можно регулировать без разборки цилиндра или других компонентов.
2. Хорошая герметизация: В настоящее время большинство мягко уплотнённых седел шаровых клапанов изготовлены из неметаллических эластичных материалов, что обеспечивает отличную возможность закрывания и отсутствие утечек.
3. Противопожарная защитная конструкция: Согласно требованиям AP1607, мягкие уплотнения оснащаются огнебезопасной конструкцией: двумя уплотнителями — мягким сиденьем и металлическим задним сиденьем. Даже в случае пожара клапан сохраняет опору и герметизацию, предотвращая протечку.
4. Антистатическое устройство: Стержень клапана оснащён двумя проводящими маленькими стальными шариками. Эти шарики поддерживают постоянный контакт с корпусом клапана и шариком под давлением, позволяя выбросить статическое электричество, образующееся при столкновениях жидкости, во время работы.
5. Саморазгрузивающаяся конструкция седла: эта конструкция предотвращает вызвание остаточных жидких или газовых сред внутри резонатора клапана, вызывающее взрывное повышение давления из-за повышения температуры при полном закрытии или открытии клапана.
6. Длительный срок службы: Неметаллические сиденья, такие как PTFE, обеспечивают хорошую самосмазку, что приводит к низкому трению и износу мяча. Улучшенные процессы производства шариков снижают шероховатость поверхности, продлевая срок службы клапана.

Основные характеристики шаровых клапанов с жёстким уплотнением
1. Шаровые клапаны с жёстким уплотнением используют высокоточные обработанные шарики и сиденья. В зависимости от применения, шаровые и сиденьевые поверхности имеют твёрдую облицовку материалами, такими как кобальтовый сплав, никель, или покрыты карбидом вольфрама, что обеспечивает отличную износостойкость.
2. Герметизация: уникальный процесс шлифовки обеспечивает высокую округлость и гладкость поверхности шарика и сиденья, что приводит к герметичности пузырьков и потенциально нулевым утечкам.
3. Упругая герметизация: предотвращает заклинивание клапана из-за теплового расширения при высоких температурах, обеспечивая гибкую работу даже при высоких температурах.
4. Применимость: Подходит для жидкостей, содержащих твёрдые частицы или шлами при различных температурах и давлениях.

III.. Проектирование и расчет шаровых клапанов
1) При проектировании шарового клапана сначала необходимо подтвердить диаметр шарового клапана d: диаметр шарового канала делится на два типа: не уменьшенный и уменьшенный:

Неуменьшённый диаметр: d равен диаметру канала корпуса клапана, указанного в соответствующих стандартах
Уменьшенный диаметр: обычно d=0,78 диаметр канала корпуса клапана, указанный в соответствующих стандартах. В настоящее время переходная секция лучше всего спроектирована как конусообразный угол, чтобы не увеличить сопротивление потока.

2) После определения диаметра нужно определить радиус шара. Обычно используется R= (0,75~0,95) d. Для малых диаметров расчёт принимает относительно большое значение для R, и наоборот. Чтобы обеспечить полное покрытие шаровой поверхности герметизации седла клапана, после выбора диаметра шарика необходимо проверить по следующей формуле:DМин=√D12+ √d2

DМин: минимальный рассчитанный диаметр шара
D1: внешний диаметр контактной поверхности седла клапана
d: диаметр отверстия канала шарика
D: фактический диаметр шара

3) Определение толщины стенки корпуса клапана (мы обычно следуем стандартам ASME) Формула расчёта толщины стенки:SB=S'B+C

SB: фактическая толщина стенки
S'B: рассчитанная толщина
C: запас от коррозии

При определении рассчитанной толщины S'B ссылайтесь на фактические давление, температурные условия и свойства материала. Обычно стандарт ASME B16.34 предоставляет конкретный метод расчёта толщины стенки.

4) Формула расчёта относительного давления между шаром и седлом клапана:qMF

qMF: требуемое относительное давление герметичной поверхности
q: рассчитано относительное давление уплотнительной поверхности
[Q]: допустимое относительное давление уплотнительной поверхности

5) Расчёт укороченного вращения шарового крана:M=Mm+Mt+ Mu+ Mo

M: общий крутящий момент
Mm: момент трения между уплотнителем седла клапана и шариком
Mt: крутящий момент трения между штоком клапана и убиркой
Mu: крутящий момент трения между плечом клапанного штока и тяговой шайбой
Mo: крутящий момент трения между штоком клапана и уплотнительным кольцом.

6) Расчёт прочности штока клапана:
Крутильное напряжение в месте соединения между клапанным стержнем и шарикомτN1= М/б1≤ [τ]
Крутильное напряжение в месте соединения между штоком клапана и приводомτN2= М/б2≤ [τ]

M: общий крутящий момент
w1: коэффициент кручения сечения клапанного стержня в месте соединения с шариком
w2: коэффициент торсии сечения стержня клапана в месте соединения с приводом
[τ] :допустимое кручивающее напряжение материала.

IV.. Анализ утечек шаровых клапанов
Утечка из шарикового клапана можно классифицировать на внешние и внутренние утечки. Внешние утечки часто приводят к потере сырья и энергии, загрязнению окружающей среды и потенциальным опасностям, таким как пожары, взрывы или отравления, что приводит к значительным экономическим потерям.

Внешние причины протечек:
1. Корпус клапана: Часто возникает из-за дефектов отливки, таких как поры или песчаные отверстия, приводящие к средней протечке. Обычно обнаруживается с помощью гидравлических испытаний.
2. Соединения: утечка в корпусе клапана, боковых соединениях или соединениях корпуса клапана с фланцами трубопровода. Обычно это вызвано неправильным типом прокладки, материалом или размером, плохим качеством поверхности герметизации фланца или чрезмерными внешними нагрузками на болты.
3. Шток клапана: часто из-за неправильной конструкции или выбора материала, что приводит к заклиниванию штока клапана в определённом положении, мешает правильному закрытию и приводит к значительной утечке.
4. Уплотнительная железа: вызвана ослабленной упаковочной железой, недостаточной герметизацией, неправильным типом или качеством упаковки, а также старением или износом упаковки.

Внутренние причины утечек:
1. Проектирование и производство: Проблемы, вызывающие неправильное уплотнение и утечку среды, обычно из-за просачивания или малого непрерывного расхода.
2. Повреждения при обращении: повреждение поверхности уплотнения шарика или сиденья во время производства, транспортировки, осмотра, установки или использования, что приводит к протечкам.
3. Твёрдые частицы в среде: твёрдые примеси в среде, вызывающие неправильное закрытие клапана и утечку среды, варьирующиеся от небольшого просачивания до больших скоростей расхода.

Применение шаровых клапанов
Благодаря своим многочисленным преимуществам, шаровые краны широко используются. Рекомендуется для систем, требующих двухпозиционной регулировки, строгой герметизации, суспензии, износостойкости, полного канала потока, быстрой эксплуатации, отключения при высоком давлении (большая разница давления), низкого шума, минимального испарения и утечки, низкого рабочего момента и низкого сопротивления жидкости.

V.. Как выбрать подходящий шаровой кран для различных применений:
- Городские газопроводы/газопроводы: фланцевые или резьбовые плавающие шариковые клапаны.
- Кислородные трубы в металлургии: строго обезжиренные шаровые клапаны.
- Линии пищевой промышленности: полированные санитарные шаровые клапаны.
- Основные трубопроводы в нефтегазовой транспортировке: полноканальные сварные шаровые клапаны, зарытые под землёй.
- V-Port Control: шаровые клапаны с V-образными отверстиями для некоторой характеристики регулирования.
- Нефтехимическая, нефтеперерабатывающая и энергетическая энергетика: мягкоуплотненные шаровые клапаны для систем при температуре ниже 200°C и жёсткие шаровые клапаны для систем выше 200°C.

В заключение, шаровые клапаны широко используются, и их мировое предложение ежегодно увеличивается. Тенденция развития включает высокие температуры, высокое давление, большой диаметр, высокую герметичность, долгий срок службы, отличную регулировку и многофункциональность. Благодаря своей коррозионно-стойкости, лёгкости и экономичности они частично заменили затворники, шаровые клапаны и управляющие клапаны. С развитием технологии шаровых клапанов их использование в таких отраслях, как целлюлозно-бумажная промышленность, транспортировка природного газа, переработка и ядерная энергетика, ожидается, значительно расширится в обозримом будущем.
  Fleyenda специализируется на проектировании, производстве и доставке продукции высшего класса, одновременно предоставляя исключительный сервис для клиентов. Наш ассортимент продукции включает различные клапаны, такие как ручные, электрические клапаны, пневматические клапаны и аксессуары для клапанов управления потоком. Эти клапаны разработаны для удовлетворения потребностей различных отраслей, включая нефтехимию и химию, нефть и газ, воду и сточные воды, фармацевтическую и биотехнологию, а также новые энергетические секторы.

Не стесняйтесь связаться с нами для получения информации о клапанах и последних предложений. Профессиональная команда Fleyenda стремится помочь вам найти идеальные решения для ваших приложений.
  • Социальные связи:

Последние новости

Недавний пост

Категории

Теги

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПРОДУКТЫ

DIN GB Flange Electric PTFE Fluorine-Lined Ball Valve

Шаровой клапан DIN GB Flange Electric PTFE с фторной отделкой

Двухсторонний шариковой клапан Fleyenda с фторовой облицовкой PTFE соответствует стандартам GB/DIN/ANSI/JIS. Корпус клапана облицован импортным фторином, который обладает хорошей коррозионной и износостойкостью. Вал
Подробнее+
Fleyenda Square Port Knife Gate Valve

Клапан ножа на площади Флейенда Сквер

 
Подробнее+
DN50 to DN500 PTFE Fluorine Flanged Pneumatic Butterfly Valve

DN50 до DN500 PTFE с фторным фланцированием пневматического заслонка

Фтористый фланцевый пневматический заслончик специально используется для контроля коррозийных или сильно коррозийных сред. Внутренняя поверхность корпуса клапана покрыта различными фторовыми пластиками до
Подробнее+
DN200 WCB Industrial Straight Stroke Pneumatic Gate Valve

DN200 WCB промышленный прямоходный пневматический клапан

Клапан представляет собой низкоплатформенный подъёмный полюсный промышленный прямоходный пневматический клапан (двухслойный цилиндр с буферным механизмом) и ручной с защитным механизмом (ручной и самоблокирующий воздух)
Подробнее+
FLE-QH-GAV Cast Iron Flanged Multi-turn Gate Valve with Electric Actuator

FLE-QH-GAV Чугунный многооборотный клапан с клапаном с электрическим приводом

FLE-QH-GAV — литая стальная клиновидная жёсткая одинарная клапан с электрическим приводом имеет простую конструкцию, небольшой размер и относительно надёжное использование. Он подходит для различных медиа и окружающих людей давления
Подробнее+
Этот сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта. Мы предположим, что вас это устраивает, но вы можете отказаться, если Мечтаешь.Печенье Параметры ПРИНЯТЬ
Политика конфиденциальности и файлов cookie