Клапан шарика против клапана бабочки является одним из наиболее широко используемых квартальных клапанов в промышленности. Оба обеспечивают быструю работу и компактные установки, Но они служат совершенно разными потребностями:

• Шаровые клапаны Принесите отличный плотный отключение, низкое падение давления при полном открытии, прочная и в целом превосходная герметичная производительность - идеально подходит для изоляции, обслуживание с более высоким давлением / температура и куда утечка нельзя переносить.
• Поворотные затворы обеспечить легче, более дешевая альтернатива, которая превосходит большие диаметры, низкий- к системам и приложениям среднего давления, где пространство, Вес и стоимость имеют решающее значение (например, ОВиК, Распределение воды).
  Высокопроизводительные конструкции узкие пробелы, Но компромиссы остаются.

Эта статья сравнивает два семейства клапанов из дизайна, гидравлический, механический, Материалы и перспективы жизненного цикла, чтобы вы могли выбрать правильный клапан для данного приложения.

1. Структурные принципы и классификации шарикового клапана против клапана бабочки

Шаровой клапан

А шаровой клапан использует выдолбленную, вращающаяся сфера («мяч») с сквозной (заседание) Это совпадает с трубой, чтобы разрешить поток или поворачивает 90 °, чтобы заблокировать ее.

Операция является четвертью (90°) Между полностью открытым и полностью закрытым. Варианты включают в себя плавучий мяч и конструкции шариков, установленные; Порт-стили включают полный порт, Снижение порта, и V-Port (для дросселирования).

Классификации

1. По строительству тела:

• • Огромный шаровой клапан - Компактный, экономичный, Минимальные пути утечки, несоблюдение.
  • Двухчастотный шаровой клапан - легкое обслуживание, распространен в промышленных трубах.
  • Шаровой клапан с тремя частями -Съемная центральная секция для встроенного обслуживания; предпочтительны в высокой чистоте и санитарных процессах.

2. По мячу типа поддержки:

• • Плавающий шариковый клапан - мяч плавает на сиденье вниз по течению для запечатывания; Типично в малых и средних размерах.
  • Установленные шариковые клапаны - мяч зафиксирована на панелях, уменьшение нагрузки на сиденья и крутящий момент; подходит для больших диаметров и высокого давления.

3. По дизайну порта:

• • Полный шаровой клапан - Диаметр с отверстием равна идентификатору трубы, Минимальное падение давления.
  • Уменьшенный шаровой клапан порта - Меньшее отверстие, экономия стоимости, немного более высокое падение давления.
  • V-порт-шаровой клапан -V-образная выемка в шаре для точного управления потоком.

4. Специальными функциями:

• • Криогенный шаровой клапан, Металлический шариковый клапан, Огненная бабольная клапан, Половочный шаровой клапан Для службы суспензии.

Клапан бабочки

А клапан бабочки использует квартиру, круговой диск, установленный на валу. Вращение вала на 90 ° Поворачивает диск от параллельного (открыть) перпендикулярно (закрыто) по течению.

Конфигурации включают концентрические (нулевой), двойной съемник (Высокоэффективность), и тройной клет (Металлический сиденье, высокое давление/уплотнение температуры).

Классификации

1. Типом телосложения:

• • Клапан бабочки типа пластин - Подходит между фланцами, удерживается болтами; компактный и легкий.
  • Клапан бабочки типа Lug - резьбовые вставки для независимого подключения к фланце.
  • Фланцевый клапан бабочки -Интегрированные фланцы для обслуживания высокого давления.

2. По смещению диска:

• • Концентрический клапан бабочки - Ось стебля совпадает с дисковым центром; Низкое давление.
  • Двойной эксцентриковый клапан-бабочка - Стоковое смещение от диска и центра тела, уменьшение износа сиденья; более высокая способность давления.
  • Дроссельный клапан с тройным смещением -Добавляет третье смещение для герметизации металла до металла; высокотемпературное обслуживание до ~ 600 ° C.

3. По дизайну места:

• • Устойчивый клапан бабочки - Резиновое/эластомерное сиденье, Отключение класса VI, до ~ 150 ° C..
  • Клапан бабочки с PTFE - Отличная химическая стойкость для коррозийных средств массовой информации.
  • Металлический клапан бабочки - Для абразивных или экстремальных температурных применений.

2. Влияние выбора материала на производительность шариковых и бабочек клапанов

Выбор материала напрямую влияет на производительность клапана при надежности герметизации, Служба срока службы, коррозионная стойкость, и пригодность для конкретных средств массовой информации и рабочих условий.

Оба шаровые краны и клапаны бабочек Требовать тщательного сопоставления тела, подрезать, и материалы сидений в предполагаемую среду применения.

Выбор материала для шариковых клапанов

Клапан материал тела

• Углеродистая сталь (WCB / A216) -Высокая прочность и экономически эффективная; подходит для некоррозийных жидкостей в масле & Газовые трубопроводы. Температурная ограничение: ~ 425 ° C..
• Нержавеющая сталь (CF8 / CF8M) - превосходная коррозионная стойкость; CF8M (316) выдерживает хлориды и морскую воду.
• Дуплекс & Супердуплексная нержавеющая сталь - Отличная устойчивость к питтинге и расщелинам коррозии; Идеально подходит для морских и оффшорных платформ.
• Латунь / Бронза - Хорошо для питьевой воды, ОВиК, и промышленные системы низкого давления; Умеренная коррозионная стойкость.
• Сплавовые стали & Никелевые сплавы (Инконель, Монель) - отобраны для экстремальной химической стойкости, высокие температуры, или кислый газовый сервис.

Материал мяча и сиденья

• Мяч:

• • Хромированная углеродистая сталь - Хорошая твердость и устойчивость к износу для общей обязанности.
  • 316 Нержавеющая сталь -Коррозионная резистентная к химическим и пищевым применению.
  • Керамические шарики - Исключительная износостойкость для абразивных средств массовой информации.

• Сиденье:

• • ПТФЭ (Тефлон) - Широкая химическая совместимость, до ~ 200 ° C..
  • Усиленный PTFE (R-PTFE) - Улучшенная износостойкость, более высокая обработка давления.
  • Металлические сиденья (Стеллиты, Карбид вольфрама) -Подходит для высокотемпературных пар и абразив, до ~ 600 ° C..

Выбор материала для клапанов бабочек

Клапан материал тела

• Чугун / Ковкий чугун - Обычно для водоснабжения и HVAC; пластичный железо предлагает более высокую прочность.
• Углеродистая сталь - используется в масле & газ, производство электроэнергии, и сервис Steam умеренного давления.
• Нержавеющая сталь (304, 316) - Идеально подходит для пищевой переработки, химический, и агрессивные среды.
• Алюминиевая бронза - Отличная устойчивость к морской воде и морской биологической обработке.

Материал диска и сиденья

• Диск:

• • Нержавеющая сталь (316) - Отличная коррозионная стойкость в агрессивных СМИ.
  • Дуплекс из нержавеющей стали - Высокая прочность и сопротивление хлорида.
  • Покрытые диски (Эпоксидная смола, Нейлон, или ptfe) - Для истирания или химической устойчивости в муниципальном и химическом обслуживании.

• Сиденье:

• • ЭПДМ - Хорошо для воды и мягких химикатов; Диапазон температуры от –40 ° C до +120 ° C.
  • НБР (Нитрил резина) - Нефть и топливная стойкость; -30 ° C до +100 ° C..
  • PTFE - Отлично подходит для коррозийных кислот и растворителей.
  • Металлические сиденья -Для высокотемпературных или абразивных условий; Используется в тройных конструкциях смещения.

3. Сравнение герметичного характеристик шарикового клапана против клапана бабочки

Возможность уплотнения является одним из наиболее важных параметров при выборе клапана, поскольку это напрямую влияет на уровень утечки, Оперативная безопасность, и интервалы обслуживания.

Отраслевые стандарты, такие как ANSI/FCI 70-2 и ИСО 5208 Определите классы утечки, от класса I (Высокая допустимая утечка) в класс VI (пузырьковый отключение).

4. Производительность управления потоком шарикового клапана против клапана бабочки

Производительность потока является ключевым фактором, определяющим выбор клапана, Влияние размера насосов, эффективность системы, и потребление энергии.

Два наиболее важных параметра здесь коэффициент потока (Резюме) и капля давления (Δp), оба определены по стандартам, таким как Один S75.02 и МЭК 60534.

Коэффициент потока (Резюме)

CV - поток воды (ГПМ) при 60 ° F, что приводит к 1 PSI давление падения на клапан. Клапан CV зависит от размера и дизайна.

• Шаровые клапаны: Полнопортовые шариковые клапаны обычно имеют высокое резюме для их номинального размера и производят очень низкое падение давления, когда полностью открыт, потому что отверстие почти соответствует идентификатору трубы.
  Клапаны с уменьшенным портом ниже резюме CV. Шариковые клапаны с V-портами предназначены для обеспечения более линейных характеристик дросселирования.
• Поворотные затворы: Для данного номинального диаметра, Клапаны с бабочками часто имеют более высокую резюме, чем шариковые клапаны с уменьшенным портом, потому что открытая площадь диска большая;
  однако, Потому что диск препятствует профилю потока, даже когда открыт (Особенно в эксцентричных дизайнах), Падение давления и профиль потока различаются.
  На практике, Клапан бабочки имеет тенденцию демонстрировать более постепенное изменение коэффициента потока по сравнению с углом, чем стандартный шаровой клапан (кроме V-Ball).

Поведение дросселирования/контроля

• Шаровые клапаны: Не идеально подходит для тонкого дросселя, если только специально разработано (V-порт или характеризованная отделка).
  Резкие изменения вокруг небольших отверстий; риск повреждения/эрозии, если используется для долгосрочной модуляции с лиственным суспензией.
• Поворотные затворы: Как правило, лучше для грубой дросселирования в более крупных трубопроводах-отключенные и специально профилированные диски могут быть использованы для контроля.
  Клапаны с тройным рассеянием с металлическими сиденьями могут обрабатывать более высокие температуры и обеспечивать более жесткий контроль, чем концентрические эластомерные клапаны бабочек.

ТАБЛИЧА

5. Давление/температура рейтингов, Размер диапазонов и типичные служебные конверты

Шаровые клапаны

• Типичные рейтинги давления: Класс ANSI 150 (~ 285 фунтов на квадратный дюйм), Сорт 300 (~ 740 фунтов на квадратный дюйм), до класса 600/900 Для кованых/опорных дизайнов.
  Шаровые клапаны с треннионом распространены выше ~ 6–8 ″ и/или > Сорт 300.
• Температура: Зависит от материала места (Сиденья PTFE обычно ограничиваются ~ 200 ° C; Металлические сиденья для более высоких температур).
• Размер: Общее от 1/4 ″ до 24 ″+ в дизайнах Trunnion.

Поворотные затворы

• Типичные рейтинги давления: Вафель/выдушка концентрику до ~ pn10/pn16 (150–230 фунтов на квадратный дюйм); Покачивание и двойное/тройное смещение до PN25 - PN40 и выше для специальных дизайнов.
  Высокопроизводительные единицы тройного выхода доступны для эквивалентных давлений класса 150–600.
• Температура: Elastomer Seats Limited (-40 ° C до ~ 150 ° C.); PTFE сидит выше (~ 200 ° C.); Металлические сиденья, подходящие для >200°С.
• Размер: очень распространен от 2 ″ до 48 ″+; Стоимость/веса преимущества становятся выраженными при больших диаметрах.

6. Адаптируемость мультимедиа шарикового клапана против клапана бабочки

Пригодность клапана для различных типов средств среды зависит от его геометрии пути потока, Запечатанный дизайн, и совместимость с материалом.

Выбор правильного типа клапана необходим, чтобы избежать преждевременного износа, засорение, или утечка в требовательных условиях обслуживания.

Шаровые краны

Шариковые клапаны есть Высокий адаптируемый и может справиться с широким спектром носителя, включая:

• Чистые жидкости & Газы: Вода, масло, природный газ, сжатый воздух.
• Коррозионные жидкости: Кислоты, щелочи, и морская вода (С соответствующими коррозионными материалами, такими как CF8M Nanlabless или Hastelloy®).
• СМИ СВОБОДА: Асфальт, сиропы, и тяжелые масла - беспрепятственное отверстие минимизирует падение давления.
• Насыщенные частицами среда: Грязь, рудовая суспензия, и ил. Металлические конструкции сопротивляются царапинам от абразивных частиц, и сферическое закрытие минимизирует удержание СМИ.
• Высокотемпературная & Пар: С металлическими сиденьями, шариковые клапаны могут обрабатывать насыщенный или перегретый пара в промышленном обслуживании.

Их Низкий путь потока турбулентности и крепкий интерфейс герметизации Сделайте их особенно эффективными для транспортировки суспензии в добыче, Сброс ила на заводах сточных вод, и химическая обработка с участием смешанных жидкостей.

Поворотные заслонки

Клапаны бабочек имеют Умеренная адаптивность, С характеристикой сильно влияет тип герметизации:

• Мягкие дизайны: Лучше всего для чистых носителей, таких как питьевая вода, сжатый воздух, и пара низкого давления.
  Они могут быть повреждены большими частицами или волокнами, приводя к утечке или деградации печати.
• Жесткие дизайны: Более терпимо к мелким частицам, Но абразивное обслуживание или высокопроизводительное обслуживание все равно может со временем снизить срок службы запечатывания.
• Коррозийные или специальные средства массовой информации: Клапаны с бабочками с подкладкой из PTFE могут обрабатывать морскую воду, Мягкие химические вещества, и некоторые сноски, Хотя высокая сумасшедшая или высокоабризионная среда все еще лучше подходит для шариковых клапанов.

Общий, клапаны бабочек превзошли Чистые или слегка загрязненные жидкости Где экономия пространства, снижение веса, и быстрое отключение-приоритеты, такие как муниципальное водоснабжение, HVAC охлажденные петли воды, и распределение парового давления низкого давления.

7. Размеры и вес шарикового клапана против клапана бабочки

Физический след клапана напрямую воздействует Установка пространства, Вспомогательная структура дизайн, и обработка требований.

Шариковые клапаны и клапаны бабочек значительно различаются по размеру и массе для эквивалентных номинальных диаметров (Дн) и рейтинги давления.

Шаровые краны

• Размеры: Как правило, длиннее личной длины из-за корпуса мяча и структуры поддержки сидений. Полномерные конструкции требуют большего корпуса клапана для поддержания неограниченного потока.
• Масса: Тяжелее клапанов бабочек одного и того же DN и класса давления из -за более толстых стен, более крупные корпусы, и более плотные внутренние компоненты.
• Пример (DN300, Сорт 150):

• • Лицом к лицу: ~ 457 мм (фланцевый)
  • Масса: 180–250 кг (в зависимости от материала тела и дизайна отверстий)

• Влияние: Увеличение веса и длины может потребовать дополнительной поддержки труб и большего зазора для установки, Особенно в ограниченных пространствах.

Поворотные заслонки

• Размеры: Стройный, Компактный дизайн с короткой личной длиной (часто соблюдая ISO 5752 / API 609 Короткие измерения шаблона). Диск занимает только пространство пути потока, Уменьшение объема корпуса.
• Масса: Значительно легче, чем шаровые клапаны для эквивалентного размера и класса, Сокращение требований к установке труда и поддержки.
• Пример (DN300, Сорт 150):

• • Лицом к лицу: ~ 127 мм (Тип пластины)
  • Масса: 35–50 кг (в зависимости от диска и материала тела)

• Влияние: Идеально подходит для применений, где снижение веса имеет решающее значение - например,, подвесная трубопровода, Shipboard Systems, и высокие промышленные сооружения.

Измерение & Таблица сравнения веса

Данные на основе типичной конструкции углеродистой стали, ANSI B16.10 личные размеры, и API 6D/API 609 дизайн.

8. Установка, Обслуживание, и сравнение затрат

При выборе клапанов для промышленных или муниципальных систем, Сложность установки, требования к обслуживанию, и общая стоимость владения являются критическими соображениями.

Клапаны мяча и бабочек значительно различаются по этим размерам.

Требования к установке

Шаровые краны:

• Требовать Больше места Из-за более длинных измерений лицом к лицу и более тяжелого веса.
• Фланцевый, сварной, или резьбовые соединения распространены; Тщательное выравнивание имеет решающее значение для предотвращения стресса на корпус клапана.
• Установка привода (руководство, электрический, или пневматический) Может потребоваться дополнительное зазор для вращения маховика или стебля.

Поворотные заслонки:

• Очень сильно компактный и легкий, Идеально подходит для плотных пробелов.
• Обычно установлен как Типы пластин или туфли, зажатый между фланцами, которое сокращает время установки.
• Приводы легче установить из -за более низких требований к крутящему моменту и более легкого диска.

Резюме установки: Клапаны бабочек, как правило, проще и быстрее установить, Особенно в системах большого диаметтра или модернизации.

Затраты на техническое обслуживание

Шаровые краны:

• Обслуживание включает в себя замена сиденья и уплотнения, смазка стебля, и проверка мяча и тела.
• Полномерные и монтируемые в сфере проекты более сложны, часто требуется Отключение системы для обслуживания.
• Долгосрочные затраты на техническое обслуживание выше из-за более тяжелых, Многокомпонентные сборки.

Поворотные заслонки:

• Техническое обслуживание проще; часто, замена сидений и диска можно сделать на месте без полного удаления клапана (для таяния дизайнов).
• Меньше движущихся деталей и более легкого веса уменьшают износ на подшипниках и уплотнениях стеблей.
• Клапаны для мягких заводов могут потребовать более частой замены сиденья при обработке абразивной среды, Но общее обслуживание остается ниже, чем шаровые клапаны.

Сравнение затрат

Ключевые выводы:

• Шариковые клапаны предлагают превосходство надежность герметизации и универсальность средств массовой информации, но в высоком уровне, установка, и долгосрочное обслуживание.
• Клапаны бабочек обеспечивают экономически эффективный, Пространственные решения, особенно подходит для больших диаметров, Чистые СМИ, и приложения, где снижение веса полезно.

9. Тенденции развития и технологические инновации

Современная инженерия клапанов подчеркивает умные технологии, современные материалы, и оптимизированные конструкции Чтобы удовлетворить все более сложные промышленные требования.

Шариковые тренды клапана

Умные и инфекционные клапаны:

• Развитие интегрированные датчики интеллектуальные шариковые клапаны включает в себя мониторинг положения клапана в режиме реального времени, давление, температура, и утечка.
• Передача данных через IoT платформы Позволяет прогнозному обслуживанию и удаленной диагностике, повышение безопасности и сокращение времени простоя, например, Обнаружение утечек в трубопроводах природного газа и запуска автоматического отключения.

Расширенные материалы:

• Использование композитные материалы (например, керамические полимеры) Для шаров и сидений улучшается износостойкость, коррозионная стойкость, и уменьшает вес, сделать клапаны подходящими для экстремальных условий.

Структурная оптимизация:

• Специализирован ультра-высокое давление и криогенные шариковые клапаны (например, СПГ СПГ при -196 ° C) Оптимизируют оптимизированные герметизирующие конструкции и материалы для поддержания производительности в тяжелых условиях.

Тенденции клапана бабочки

Высокопроизводительное герметизация:

• Клапаны с тройным складом усовершенствованы для достижения Металлическое жесткое уплотнение, Включение нулевой утечки даже в условиях высокого давления.
• Это расширяет применимость клапанов бабочек на участки, в которых доминировали шариковые клапаны.

Энергоэффективное действие:

• Развитие Низкие электрические приводы С сервоприводами и точными коробками передач уменьшает потребление энергии, выравнивание с Зеленые и устойчивые инженерные требования.

Решения с большим диаметром:

• Расширение до очень большие диаметры (DN4000+) Позволяет клапанам бабочек обслуживать крупные гидравлические, муниципальный, и промышленные системы трубопровода эффективно.

Перекрестные тенденции

• Цифровизация и предсказательное обслуживание: Оба типа клапанов все чаще совместимы с Промышленность 4.0 рамки, Использование встроенных датчиков для мониторинга давления, крутящий момент, и температура.
• Усовершенствованная производительность жизненного цикла: Продвинутые материалы, оптимизированные конструкции, и умное применение коллективно сократить расходы на техническое обслуживание, повысить безопасность, и повысить энергоэффективность.

10. Ключевые различия: Шаровой клапан против клапана бабочки

11. Заключение

Шаровой клапан против клапана бабочки, Каждый занимает отдельную нишу в системах управления жидкостью, с их сильными сторонами и ограничениями, формируемыми структурными дизайном, выбор материала, и операционные требования.

• Шаровые клапаны Excel In плотное отключение, Универсальность СМИ, и приложения высокого давления, Сделать их идеальными для масла & газ, химическая обработка, и паровые системы.
  Их надежная герметизация, долговечность, и новые интеллектуальные технологии делают их надежными для критических и экстремальных операций.
• Поворотные затворы предложение компактный размер, легкий дизайн, и экономическая эффективность, особенно подходит для Трубопроводы большого диаметра, Чистые СМИ, и системы умеренного давления.
  Достижения в сфере проектирования тройного снега и энергоэффективного вступления в действие расширяют их применимость в условиях более высокого давления и промышленных условий.

Соображения отбора:

• Выбирать шаровые краны Для приложений, требующих точности, Полное закрытие, и среда, содержащая частицы или высокую вязкость.
• Выбирать клапаны бабочек для Системы, ограниченные космическим пространством, Большие объемы потока, или чувствительные к стоимости проекты.

В конечном счете, тщательная оценка Условия эксплуатации, Характеристики СМИ, Требования к давлению/температуре, и затраты на жизненный цикл имеет решающее значение для обеспечения оптимальной производительности клапана и долгосрочной надежности.

Понимая их сравнительные преимущества, Инженеры могут принимать обоснованные решения, которые баланс эффективны, безопасность, и экономическая эффективность.

Часто задаваемые вопросы

Могу ли я использовать клапан бабочки для газового обслуживания?

Да-клапаны бабочек-эластомерных сидений можно использовать для газа с низким давлением, но убедитесь, что места с рейтингом газа и утечка приемлемы.

Для изоляции газа трубопровода, металлические или шаровые клапаны обычно предпочтительны.

Шариковые клапаны подходят для дросселирования?

Стандартные шариковые клапаны не предназначены для тонкой дросселирования-V-Ball или специально охарактеризованные шариковые клапаны доступны для грубого управления.

Для точной модуляции, Используйте управляющий клапан (глобус) или V-Ball с позиционером.

Какой клапан лучше для суспензии?

Ни один из них не является идеальным без определенного дизайна. Используйте закаленные отделки, жертвенные накладки или специфичные для суспензии клапаны.

Клапаны с бабочками с прочными дисками и био-совместимыми покрытиями распространены в больших линии суспензии; Металлические шариковые клапаны могут работать в маленькой булочке..

Насколько большим может быть шариковый клапан?

Шариковые клапаны изготовлены в очень больших размерах (>24″ И выше) Используя дизайн Trunnion, Но стоимость и вес значительно увеличиваются. Клапаны бабочек становятся более экономичными выше ~ 10–12 ″.