1. Введение

В их сущности, Клапан глобуса против шарикового клапана отличается от того, как они управляют потоком:

• Шаровые клапаны: Используйте линейную пробку (диск) это регулирует зазор между собой и фиксированным сиденьем, Создание извилистого пути потока, который обеспечивает точную настройку потока.
  Они являются золотым стандартом для применений, где точность скорости потока (± 2%) имеет решающее значение.
• Шаровые краны: Используйте вращательный сферический шарик (с портом) это совпадает с трубопроводом (открыть) или блокирует это (закрыто).
  Их четверть поворота (90°) Работа обеспечивает быстрое действие, и их прямой путь потока сводит к минимуму падение давления-доступно для высокого потока, Служба с низким циклом.

Оба типа клапанов могут выполнять обязанности отключения, но они в основном различаются во внутренней геометрии, Гидравлическое поведение, запечатывание подхода, потребности в действии и долгосрочная работа.

Эта статья сравнивает их с нескольких инженерных точек зрения и дает практическое руководство для отбора.

2. Что такое клапан глобуса?

А глобус клапан это Линейный клапан в первую очередь разработан регулирование потока и дросселирование, а не просто изоляция.

Его название происходит от традиционной сферической формы тела, хотя современные дизайны доступны в Z-body, Y-body, и конфигурации углового тела Чтобы сбалансировать эффективность потока и падение давления.

В отличие от квартальных клапанов (например, шаровые краны), Клапан глобуса Осевально движущаяся штекер и расположение сидений Позволяет точно управлять потоком по всему удару (0–100%).

Это делает глобусные клапаны Предпочтительный выбор для приложений управления процессами где точная модуляция, стабильность, и требуется повторяемость.

Во всем мире, клапаны глобуса регулируются отраслевыми стандартами, такими как:

• API 623 (Требования к клапанам глобуса на электростанциях ископаемого топлива)
• ASME B16.34 (Рейтинги и критерии проектирования давления)
• МЭК 60534 (Управляющий клапан и характеристики потока)

Принцип работы

Глобусные клапаны работают с помощью трех ключевых шагов:

• Открытие: Привод (Махо для/электрический/пневматический) поднимает вилку по вертикали, Увеличение площади потока между заглушкой и сидением.
  Прошущий путь потока (Z/y-hagle body) Создает контролируемую турбулентность, стабилизирующий поток в частичных отверстиях.
• Закрытие: Понижение заглушки уменьшает область потока, Увеличение падения давления и замедление потока. Мягкие заглушки сжимают сиденье для достижения плотного отключения.
• Дросселя: Позиция пробки (например, 30% открыть) поддерживает постоянную скорость потока.
  Параболические или V-килограммы конструкции заглушки обеспечивают линейные или равной спектакли. (за IEC 60534-2-1), критическое для управления процессом.

Ключевые компоненты

3. Что такое шариковый клапан?

А шаровой клапан это Четверть поворота ротари-клапан который использует сферический элемент закрытия («мяч») с центральным отверстием для запуска или остановки потока жидкости.

Когда отверстие выравнивается с трубопроводом, клапан полностью открыт; Когда повернут 90 °, отверстие перпендикулярно трубопроводу, Блокирующий поток.

Шариковые клапаны определены в соответствии с международными стандартами, такими как:

• API 608 / 6d пожар (Проектирование и тестирование шарикового клапана для трубопровода и процесса обслуживания)
• ASME B16.34 (Давление -тимператорные рейтинги, Критерии дизайна)
• ИСО 17292 (металл- и мягкие шариковые клапаны для промышленного использования)

Они ценятся за Низкий рабочий крутящий момент, Быстрая возможность отключения, плотная герметизация (Утечка пузырьков на класс ANSI/FCI класс VI), и компактная конструкция, делая их широко используемыми в масле & газ, химический, вода, и HVAC Industries.

Принцип работы

Шаровые клапаны работают через три ключевых шага:

• Открытие: Привод поворачивает шарик на 90 ° по часовой стрелке/против часовой стрелки, выровнять порт мяча с трубопроводом. Поток проходит прямо через порт с минимальным сопротивлением.
• Закрытие: Вращение шарика 90 ° блокирует трубопровод - сферическая поверхность шарика прижимает к сиденье(с) чтобы остановить поток.
  Конструкции с плавающим шариком используют линейное давление для усиления герметизации; Проекты Trunnion используют пружины для двунаправленного отключения.
• Дросселя (Ограниченный): V-портовые шариковые клапаны (с надрезом) может модулировать поток, Но их характеристики потока менее стабильны, чем глобусные клапаны (± 5% Точность против. ± 2%).

Ключевые компоненты

4. Дизайн & Внутренняя геометрия клапана шарика против шарикового клапана

Глобусной дизайн клапана

• Путь потока: Глобусные клапаны используют извилистый с- или Z-образный путь потока, принуждение жидкости изменить направление, когда он проходит через пробку и сиденье.
• Закрытие элемент: А затыкать (диск) линейно перпендикулярно кольцу сиденья, контролируется стеблем.
  Эта геометрия делает клапаны глобуса идеальным для регулирование дросселя и потока Потому что положение заглушки коррелирует с площадью потока.
• Сиденье & Подключаемый интерфейс: The осевая сила стебля нажимает заглушку в сиденье, создание надежного отключения.
  Параболические и V-килограммы, обеспечивают предсказуемые линейные характеристики потока или равный процент.
• Капля давления: Извилистый путь увеличивается Потеря головы - падение давления может быть на 3–5 × выше, чем через шаровой клапан одного и того же размера отверстия.
• Узоры тела:

• • Z-body: стандартный, Наибольшее падение давления, надежный для дросселирования.
  • Y-body: Угловой путь потока уменьшает ΔP на ~ 30%.
  • Угловая часть: 90° Поворот, Полезно для угловых установок или службы суспензии.

Конструкция шарикового клапана

• Путь потока: Шариковые клапаны используют Прямое отверстие. В полнопортовых дизайнах, отверстие равняется диаметру трубы, в результате чего Почти нулевое падение давления (CV близко к прямой трубе).
• Закрытие элемент: А Вращающийся сферический шарик с бурением, управляется штоком четверти поворота.
• Дизайн сидений: Мяч запечатывается против устойчивые или металлические сиденья с высоким контактным давлением. Это обеспечивает пузырьковый отключение но ограничивает дросселение из -за риска эрозии.
• Капля давления: Сниженные портовые шарики создают некоторое ограничение (Δp увеличить ~ 5–10%), но все же намного ниже, чем глобусные клапаны.
• Конструкции тела:

• • Плавающий мяч: простой, Используется до ~ 6 ″ размера, уплотнение сиденья от давления вверх по течению.
  • Установлен в трюне: Поддерживаемый мяч, подходит для Большие диаметры и высокое давление (6d пожар).
  • V-Port Ball: специализируется на дросселирование, спроектирован, чтобы действовать как управляющий клапан.

5. Показатели производительности

Производительность клапан глобуса против шарикового клапана может быть количественно определено с использованием стандартизированных инженерных метрик, таких как коэффициент потока (Резюме), капля давления (Δp), Точность дросселя, и динамика действий.

Эти параметры напрямую влияют на энергоэффективность, стабильность процесса, и стоимость жизненного цикла.

Сравнительные данные о производительности (12-дюйм, Углеродистая сталь, Сорт 300)

Ключевые представления о производительности

Энергоэффективность

Шаровые клапаны Excel в трубопроводе. Например, а 12-дюйм нефтяной трубопровод (100,000 барбл/день) Использование шарового клапана сохраняет оценку $180,000 Ежегодно при перекачке энергии по сравнению с клапаном глобуса, из -за 67% более низкое падение давления (5 PSI VS. 15 пси).

Устойчивость дросселя

Глобусные клапаны превосходят Точный контроль потока, поддержание ± 2% Точность В 10–90% открытие.
Напротив, V-порторные шариковые клапаны предлагают умеренный контроль (± 5%) Но потерять стабильность на Низкие отверстия (<30%), сделать их менее подходящими для Фармацевтическая дозировка или химическое измерение.

Скорость приведения

Шариковые клапаны действуют 4-30 × быстрее чем глобусные клапаны. В Аварийное закрытие (ЭСД) система, Это преимущество скорости сокращает время отклика на до 90%, что может быть разницей между безопасным отключением и катастрофическим сбоем.

Давление & Температурная способность

Оба дизайна справляются высокотемпературная (до 815 °С) обслуживание с металлическими сиденьями.

Однако, Установленные шариковые клапаны достичь выше рейтинги давления (Сорт 4500) по сравнению с клапанами глобуса (Сорт 3000).

Долговечность & Жизненный цикл

Глобусные клапаны, с закаленными вариантами отделки, может достичь 100,000+ циклы, сделать их идеальными для частых дросселей.

Шаровые клапаны, особенно мягкий, иметь более короткие циклы жизни (30,000–50 000 циклов) Если не обновлен до Металлические дизайны.

6. Запечатывание производительности & классы утечки

• Классы утечки (промышленность): Мягкие шариковые клапаны могут достичь ANSI/FCI 70-2 Класс VI (пузырьковый).
  Глобусные клапаны с устойчивыми местами также могут достичь VI класса; Металлические сиденья обычно соответствуют классу III-IV в зависимости от отделки.
• Двунаправленное герметизация: шаровые краны (Плавающие или типы) как правило, обеспечивает надежное двунаправленное герметинг;
  Клапаны глобуса могут быть разработаны для двунаправленного герметиза (Вверх по течению давление помогает уплотнению).
• Эффект износа & твердые тела: Мягкие сиденья для шарового клапана могут быть повреждены абразивными частицами;
  Клапаны глобуса с надежными отделениями могут лучше переносить жидкости, насыщенные частицами, при использовании с соответствующими клетками и вверх по течению фильтрации.

7. Рабочая скорость, приведение, и совместимость привода

• Рабочая скорость: бальный клапан-четверть поворота (обычно <2 S с пневматическим приводом);
  Клапан глобуса - несколько поворотов; Время применения зависит от размера (Протоколы для крупных ручных операторов снаряжения).
• Совместимость привода:

• • Шаровые клапаны: Высоко совместим с приводами четверть (Пневматическая стойка, Скотч, Электрический квартал). ИСО 5211 монтаж распространен.
  • Глобусные клапаны: Требовать многообразных приводов (Электрический мультипертет, Пневматический линейный, Гидравлический линейный).
    Приводы должны обеспечить достаточную тягу (осевая сила) Чтобы переместить пробку против дифференциального давления.

• Управление интеграцией: Глобусные клапаны обычно оснащены позиционерами и цифровой обратной связью для точного управления.
  Шариковые клапаны с контрольными отделениями также могут быть приготовлены, но нуждаются в разных характеристиках положения клапана.

8. Возможности давления - таковой & материальные соображения

• Рейтинги давления: Оба типа клапанов доступны для общих классов давления (Анси 150 / 300 / 600 / 900 / 1500). Выбор зависит от дизайна тела и материалов.
  Клапаны глобуса обычно используются в высокотемпературном паровом обслуживании; шаровые клапаны с мягкими сиденьями ограничены температурой материалом сиденья. Металлические шариковые клапаны расширяют способность температуры.
• Температурные ограничения: мягкие места (ПТФЭ, ПЭК, эластомеры) ограничить максимальную температуру обслуживания (PTFE ~ 260 ° C Типичный, Эластомеры ниже). Металлические сиденья позволяют сотни ° C в зависимости от сплава.
  Глобусные материалы клапана (Для высокого температурного пар) Часто включают в себя кованый углерод или сплавные стали; шариковые клапаны для высокой температуры Используйте металлические сиденья и специальные дизайны ствола/сидений.
• Материалы: углеродистая сталь, нержавеющая сталь, дуплекс, Сплавовые стали, Никелевые сплавы - оба типа клапанов доступны в широком диапазоне.
  Коррозия, Требования к выбросам эрозии и беглых выбросов выбор материала и системы герметизации.

9. Долговечность, обслуживание & Общие режимы сбоя

• Шаровые клапаны: Обычные режимы отказа включают износ сиденья (Особенно при задушке или когда присутствует твердые вещества), Стебельная упаковка, и увеличение крутящего момента из -за отложений.
  Обслуживание: 2-Произведения с 3 частями разрешают замену сиденья/мяча без удаления клапана из линии (3-часть особенно удобно).
  Шариковые клапаны обычно требуют меньшего обычного обслуживания в чистом обслуживании.
• Глобусные клапаны: износ сиденья и заглушки от кавитации и дросселирования; Утечки упаковки из -за высоких циклов стеблей; Для ремонта капота/сидений обычно требуется удаление капота и простоя трубопровода.
  Клапаны глобуса часто легче повторно заменить или заменить сборы с сиденьями и штепсель и предназначены для более тонкого обслуживания управления.
• Цикл жизни: шаровые клапаны преуспевают в циклах частых/выключений (Миллионы циклов с надлежащим применением), В то время как глобусные клапаны предназначены для частой модуляции, но более медленная езда на велосипеде.

10. Экономические соображения

• Начальная стоимость: зависит от размера, класс давления, Сложность материала и отделки. Для многих стандартных размеров, шаровой клапан (Особенно сокращен-порт) может быть дешевле, чем клапан глобуса управляющего клапана.
  Клапаны управления глобусом со специальными отделками и приводами, как правило, дороже, чем простые клапаны с глобусом или шаровыми клапанами.
• Стоимость жизненного цикла: шаровые клапаны часто имеют более низкую стоимость эксплуатации и обслуживания для обслуживания/выключения.
  Для управления приложениями, Клапаны глобуса могут снизить изменчивость процесса и тем самым экономить энергию и улучшить качество продукции - по мере необходимости более высоких начальных затрат.
  Рассмотрим общую стоимость (покупка + приведение + обслуживание + Потеря энергии из -за падения давления).
• Энергетический штраф: Более высокое капля давления клапанов глобусов увеличивает энергию накачки для процесса; Для многих систем, которые работают непрерывно, Это может быть измеримой эксплуатационной стоимостью.

11. Типичные отраслевые применения клапана глобуса против шарикового клапана

Выбор между глобус клапан и шаровой клапан в зависимости от приложения зависит от приложения.

В то время как оба конструкции регулируют поток и обеспечивают отключение, Их неотъемлемые сильные стороны определяют, какие отрасли выступают за одну над другим.

Приложения для клапана глобуса

Глобусные клапаны Excel, где Точный контроль потока, регулирование давления, или частая дроссельная имеет решающее значение:

• Производство электроэнергии

• • Паровые управляющие клапаны в ископаемом топливе и атомных станциях, где требуется дросселя через широкие диапазоны нагрузки.
  • Системы питательной воды, Обработка высокого давления, высокотемпературная вода (до 815 °С).

• нефтехимическая & Переработка

• • Процессы управления требует точной модуляции, такие как контроль подачи водорода.
  • Каталитические растрескивающие единицы, где используются коррозионные сплавы, такие как 316ч или Inconel.

• Очистка воды & Опреснение

• • Системы хлорирования и дозирования Требование ± 2% точности потока.
  • Рециркуляция рассола Линии с высоким дифференциальным давлением.

• Фармацевтический & Специальные химические вещества

• • Партийные реакторы нуждаясь в точной дозировке и устойчивости дросселирования в низких отверстиях (<30%).
  • Чистый на месте (СИП) система с требованиями высокой чистоты.

Приложения для шаровых клапанов

Шариковые клапаны доминируют в ВКЛ/OFF SERVICE, быстрое действие, и энергоэффективный поток приложения:

• Масло & Газовые трубопроводы

• • Трансмиссионные трубопроводы (12–48 дюймов, ANSI 600–2500), где полные шариковые клапаны сводят к минимуму ΔP и стоимость перекачки.
  • Аварийное закрытие (ЭСД) клапаны, где время применения < 5 S имеет решающее значение.

• Химическая & нефтехимическая

• • Изоляция резервуара Требование пузырькового отключения (для пчел 598).
  • Служба и абразив, с металлическими или керамическими дизайнами.

• Электростанции

• • Изоляция топливного газа В растениях комбинированного цикла, где быстрое применение важно.
  • Охлаждающие воды, где большие отверстия и низкое падение давления выгодны.

• Морской & Оффшор

• • Балластные системы воды для быстрой начинки/истощения.
  • Подводные коллекторы, Использование шариковых клапанов с приводом.

• Общая отрасль

• • Сжатые воздушные системы для быстрой изоляции.
  • HVAC Chillers и Районное отопление, Требование отключения с низким сопротивлением.

12. Сравнительная сводная таблица клапана глобуса против шарикового клапана

13. Общие заблуждения

«Шаровые клапаны не могут дроссель».

ЛОЖЬ: V-портовые шариковые клапаны могут модулировать поток с точностью ± 5%-достаточный для некритических применений (например, Передача суспензии).

Однако, Они не могут соответствовать точности глобуса ± 2% для таких процессов, как дозирование API.

«Глобусные клапаны имеют чрезмерное падение давления».

Контекст-зависимый: Δp Δp глобуса является преднамеренным - он стабилизирует поток для дросселирования.

Для полных приложений (например, нефтяные трубопроводы), Это недостаток, Но для контрольных приложений (например, Котлевая питательная вода), Это необходимо.

«Шаровые клапаны всегда дешевле, чем глобусные клапаны».

ЛОЖЬ: Авансовая стоимость да для небольших размеров (≤6 дюймов), но шариковые клапаны (≥8 дюймов) расходы 30% Больше, чем глобусные клапаны.

TCO зависит от варианта использования-салотные клапаны дешевле для высокого потока, Служба с низким циклом.

«Мягкие клапаны лучше для отключения».

Частично верно: Мягкие места (ПТФЭ) достичь отключения класса VI, но они ухудшаются выше 260 ° C.

Для высокотемпературных применений (например, пар), Металлические клапаны шариков/шарика более надежны-служба службы 2x длиннее.

14. Заключение

Глобус клапан против шарикового клапана имеют четко определенные роли. Выберите а глобус клапан Когда точный контроль потока, Требуются авторитет стабильности и клапана, особенно в управляющих петлях и высокотемпературных услугах.

Выберите а шаровой клапан для быстрого, надежная изоляция с минимальным падением давления и низким содержанием жизненного цикла в чистых или фильтрованных услугах.

Для пограничных случаев, учитывать Шаровые клапаны управления (V-Notch / многоэтапный) или Клапаны глобуса с антикавитационными отделениями.

Всегда сопоставьте дизайн клапана, Материал и приведение в процесс жидкости, Условия эксплуатации и стратегию обслуживания - определение драйверов, которые определяют стоимость, Безопасность и эффективность работы.

 

Часто задаваемые вопросы

Могу ли я использовать шаровой клапан для дросселирования?

Стандартные шариковые клапаны не предназначены для тонкой дроссельной точки зрения - частичные концентраты открытия текут и вызывает эрозию и вибрацию сиденья/шарика.

Если требуется дроссельная, Используйте шариковые клапаны управления (V-Notch) или (предпочтительно) Глобус/управляющий клапан.

Какой клапан имеет более низкие потребности в техническом обслуживании?

Для обслуживания/выключения в чистых жидкостях, шариковые клапаны обычно требуют меньшего обычного обслуживания и имеют более длительный срок службы без проблем.

Для модуляции обслуживания, Клапаны глобуса предназначены для ремонта и предсказуемого обслуживания.

Шариковые клапаны подходят для высокотемпературного пар?

Мягкие шариковые клапаны ограничены температурой материала сиденья.

Для высокотемпературного пар (>200–300 ° C.), Металлические шариковые клапаны или глобусные клапаны с соответствующими высокотемпературными отделениями используются.

Как выбор клапана влияет на потребление энергии?

Клапаны глобуса обычно вызывают более высокое падение давления при открытии, Увеличение энергии накачки/сжатия в течение длительных процессов. Шаровые клапаны (полная коробка) минимизировать потерю энергии.

Какой тип клапана обеспечивает лучший ответ на экстренную отключение?

Шаровые клапаны (четверть поворота) приводятся в действие пневматически или электрически обеспечивают гораздо более быстрое действие (секунды) Подходит для систем ESD;

Клапаны глобуса медленнее и менее подходят для экстренного быстрого отключения без специализированных быстрых приводов.