Ventil uhla | Zlievareň & OEM riešenia

1. Zavedenie

A uhlový guľový ventil je špecializovaný guľový ventil, kde sa prietoková dráha otáča približne o 90° vo vnútri tela.

Kombinuje robustnú schopnosť škrtenia/riadenia s kompaktným usporiadaním potrubia a jednoduchým prístupom pre údržbu.

Uhlové ventily sa vyberajú tam, kde je presmerovanie prietoku, presná modulácia, kontrola kavitácie a kompaktné potrubie sú prioritami – medzi typické aplikácie patrí kontrola pary, regulácia napájacej vody, chemické dávkovanie, a HVAC systémy.

Tento článok vysvetľuje dizajn, výkon, výber a praktické technické údaje, aby ste ich mohli špecifikovať, veľkosť a ovládanie uhlových guľových ventilov s istotou.

2. Čo je to uhlový guľový ventil?

A uhol glóbusový ventil je špecializovaná forma guľového ventilu, v ktorom sú vstup a výstup usporiadané približne v polohe 90 stupňa navzájom, vytváranie an v tvare písmena L prietoková dráha v rámci jedného telesa ventilu.

To eliminuje potrebu samostatného kolena potrubia a znižuje celkovú stopu systému.

Ako všetky guľové ventily, uhlový guľový ventil reguluje prietok tekutiny pohybom a disk (alebo zástrčku) lineárne voči a stacionárne sedadlo.

Jeho hlavná výhoda spočíva v kombinovaní presnosť riadenia prietoku s presmerovanie toku, čo ho robí cenným v systémoch, kde je usporiadanie potrubí, priestorové obmedzenia, alebo manažment kondenzátu sú kritické.

Kľúčové vlastnosti uhlových ventilov

• Kompaktné presmerovanie toku: Zabudované otočenie o 90° znižuje vonkajšie kovanie, váha, a pokles tlaku z ďalších kolien.
• Schopnosť škrtenia: Poskytuje stabilnú a presnú reguláciu prietoku, lepšie ako uzatváracie alebo škrtiace ventily.
• Všestranný dizajn obloženia: K dispozícii so zástrčkou, klietka, alebo sklopné disky na optimalizáciu ovládania, minimalizovať kavitáciu, alebo zlepšiť odolnosť proti erózii.
• Účinnosť údržby: Prístup ku krytu a obloženiu umožňuje jednoduchšiu kontrolu a výmenu bez demontáže dlhých potrubí.
• Výhody kondenzátu a drenáže: Obzvlášť efektívne v parná služba, kde uhlový vzor uľahčuje odstraňovanie kondenzátu a nekondenzovateľných plynov.

3. Základný dizajn a komponenty uhlových guľových ventilov

Ten uhlový guľový ventil je navrhnutý tak, aby spájal presné riadenie prietoku s geometriou šetriacou priestor.

Jeho konštrukcia presmeruje tekutinu cez a 90° otočte vo vnútri telesa ventilu, eliminuje potrebu samostatného kolenového kovania.

Anatómia uhlového guľového ventilu

Medzi kľúčové komponenty patrí:

• Tela (uhol): Hlavná tlaková hranica tvoriaca 90° prietokovú dráhu v tvare L. Typicky odlievané alebo kované.
• Kapota: Umiestňuje stonku, balenie, a sprievodcov. Priskrutkované alebo privarené k telu na utesnenie.
• Disk/zástrčka: Pohyblivý prvok, ktorý reguluje prietok. Môže byť plochý, kužeľovité, alebo v tvare zástrčky v závislosti od služby.
• Sedací krúžok: Stacionárna tesniaca plocha, zvyčajne tvrdo navarené alebo vymeniteľné kvôli odolnosti voči opotrebovaniu.
• Kmeň: Pripája ovládač/ručné koleso ku kotúču, poskytujúci lineárny pohyb.
• Balenie: Grafit, Ptfe, alebo elastomérne materiály použité okolo drieku, aby sa zabránilo úniku.
• Ručné koleso/pohon: Manuálny alebo automatický operátor poskytujúci pohyb vretena.
• Zapáliť sa & Žľaza: Konštrukčná podpora pre ovládač a nastavenie tesnenia.
• Klietka (voliteľné): Používa sa vo variantoch ovládania na zníženie hluku, vibrovanie, a kavitáciu stupňovaním poklesu tlaku.

Varianty uhlových guľových ventilov

• Uhlový guľový ventil s tvarom Y: Spája 90° presmerovanie s telom v tvare Y, ďalšie zníženie poklesu tlaku (Δp 10% nižšie ako štandardné uhlové konštrukcie) a zlepšenie prietokovej kapacity (Životopis 15% vyššie). Ideálne pre vysokorýchlostné kvapaliny (Napr., parné turbíny).
• Odnímateľný sedlový uhlový guľový ventil: Sedacie krúžky majú závit alebo skrutky pre jednoduchú výmenu, predĺženie životnosti ventilu 50% (nie je potrebné vymieňať celé telo, ak sa sedadlo opotrebuje).
• Uhlový guľový ventil s klietkou: Cage riadi zarovnanie zástrčky, zníženie vibrácií a opotrebovania – predĺženie životnosti o 40% vo vysokorýchlostných aplikáciách.
• Výklopný disk vs. Návrhy zástrčiek: Dizajn naklápacích diskov (kotúč sa otáča na otváranie/zatváranie) ponúkajú rýchlejšiu odozvu (10% rýchlejšie ako zátkové ventily) ale nižšia presnosť; Konštrukcia zátky poskytuje presnosť prietoku ±0,5 %., vhodné pre kritickú kontrolu.

Stavebné materiály

Výkon, trvanlivosť, a bezpečnosť uhlového guľového ventilu vo veľkej miere závisí od materiálov použitých na jeho výrobu tela, vyvrhnúť, balenie, a tesnenia.

Tela & Materiály kapoty

Teleso ventilu a veko tvoria primárnu tlakovú hranicu. Medzi bežné možnosti patrí:

Orezávacie materiály (Disk, Sedadlo, Kmeň)

Komponenty obloženia sú vystavené priamemu kontaktu s kvapalinou a opotrebovaniu. Materiály sa vyberajú na základe odpor, tvrdosť, a požiadavky na tesnenie.

4. Mechanický & Výkon tesnenia uhlového guľového ventilu

Povesť uhlového guľového ventilu pevné vypnutie a presné škrtenie vyplýva z jeho mechanického prevedenia a tesniacich vlastností.

Na rozdiel od posúvačov alebo klapiek, ktoré sa spoliehajú na posuvné alebo rotačné tesnenie, uhlová guľa využíva a lineárny kontakt zástrčka-sedlo, ktorý sústreďuje zaťaženie na menšiu plochu pre efektívne utesnenie.

Typy tesnenia

Uhlové ventily sú k dispozícii s viacerými konfiguráciami tesnenia v závislosti od prevádzkových podmienok:

Výkon triedy úniku

Trieda netesnosti definuje, ako tesne sa môže ventil uzavrieť za štandardných testovacích podmienok. Pre uhlové guľové ventily, výkon závisí od dizajn sedadla, materiál sedadla, a skúšobný štandard.

ANSI/FCI 70-2 (Triedy netesnosti regulačných ventilov)

• Trieda IV (≤ 0,01 % menovitého úniku Cv): Štandard pre väčšinu uhlových guľových ventilov so sedlom kov na kov.
• Trieda V (≤0,0005 ml na psi na palec priemer sedadla. za min): Vysoko odolné tesnenie pre kritickú izoláciu (Napr., napájačka kotla, vysokotlaková para).
• Trieda VI (bublinkový, ≤0,15 ml/min na palec priemeru sedadla): Typické pre uhlové ventily s mäkkým sedlom s PTFE, Peek, alebo elastomérové ​​tesnenia.

Obojsmerný vs. Jednosmerné tesnenie

• Jednosmerné tesnenie: Sedlo je navrhnuté tak, aby tesnilo proti prúdeniu z jedného smeru (vstup → výstup).
  Najčastejšie v uhlových glóbusoch, pretože 90° dráha prúdenia prirodzene smeruje tlak na sedadlo.
• Obojsmerné tesnenie: Symetrický dizajn sedadla tesní proti prúdeniu z oboch smerov.
  Používa sa v systémoch s rizikom spätného toku (Napr., recirkulačné vedenie čerpadla). Zvyšuje náklady na ventil o 10–15 %, ale eliminuje požiadavky na spätný ventil.

Osvedčené postupy balenia kmeňov

• Živé balenie: Pružinové upchávky udržujú konštantnú kompresiu upchávky, keď sa materiály opotrebúvajú, znížením fugitívnych emisií 90% (spĺňa metódu EPA 21 pre VOC).
• Viacvrstvové balenie: Striedajúce sa vrstvy grafitu a kovovej fólie (pre vysokú teplotu) alebo PTFE a EPDM (pre chemikálie) zlepšiť integritu tesnenia – životnosť predĺžená o 2–3 roky.
• Vetranie kapoty: Malé vetracie otvory v kapote uvoľňujú nahromadený tlak v dôsledku degradácie obalu, zabránenie vypadnutiu stonky (kritické pre vysokotlakové systémy, Trieda ANSI 3000+).

5. Tlak - Teplota (P–T) Schopnosť a štandardy

Tlak - teplota (P–T) výkon uhlových guľových ventilov je diktovaný výber materiálu, trieda dizajnu, a súlad s globálnymi normami ventilov.

Pretože uhlové guľové ventily sa často používajú v parná služba, korozívne chemikálie, a kryogénne systémy, presná znalosť ich limitov je rozhodujúca pre bezpečnú prevádzku a spoľahlivosť životného cyklu.

Tabuľka hodnotenia P–T pre bežné materiály

Platné normy

Navrhnuté sú uhlové ventily, vyrobené, a testované podľa prísnych medzinárodných kódov, aby sa zabezpečila konzistentnosť výkonu:

• ASME B16.34 – Definuje hodnotenie P–T, hrúbka steny, a materiály pre priemyselné ventily.
• API 602 – Kryty kované guľové ventily s malým priemerom (≤ 2 palce, Trieda 800–4500), často používané vo vysokotlakových vedeniach.
• ISO 5211 – Štandardizuje montážne rozmery pohonu, umožňuje zameniteľnosť medzi výrobcami akčných členov.
• API 598 / ISO 5208 – Špecifikujte hydrostatické testovanie a test tesnosti sedadla (škrupina: 1.5 × MOP; sedadlo: 1.1 × MOP).
• MSS SP-81 / SP-118 – Definujte čelné a koncové rozmery pre uhlové ventily, zabezpečenie kompatibility s usporiadaním potrubí.
• V 12516 – Európska norma pre pevnosť ventilu a hodnotenie P–T, často používané v systémoch triedy PN.

6. Výrobné procesy uhlového guľového ventilu

Výroba uhlových ventilov vyžaduje dôslednú kontrolu nad geometrickou presnosťou, celistvosť materiálu, a konzistentnosť výkonu – každý krok procesu je prispôsobený tak, aby optimalizoval 90° presmerovanie prietoku ventilu, spoľahlivosť tesnenia, a dlhodobú trvanlivosť.

Výroba karosérie

Teleso ventilu je štrukturálne jadro, ktoré uzatvára dráhu toku a presmeruje tekutinu pod uhlom 90°, takže jeho výrobný proces je určený menovitým tlakom, typ materiálu, a objem výroby.

Dominantné sú dve metódy odlievanie (pre zložité geometrie a veľký objem) a kovanie (pre vysokopevnostné a vysokotlakové aplikácie).

Odlievanie

Odlievanie je ideálny na výrobu tiel so zložitými vnútornými priechodmi (Napr., zaoblené ohyby 90°, viacportové dutiny) a je nákladovo efektívny pre stredné až vysoké objemy výroby.

Odlievanie investícií (Obsadenie strateného vosku)

• Aplikácia: Vysoká presnosť, korózii odolné telá (316L Nerezová oceľ, Hastelloy C276) pre kritické služby (liečiv, offshore ropy & plyn).
• Procesný tok:

• • Tvorba voskového vzoru: 3D-tlačené voskové vzory (tolerancia ±0,03 mm) replikuje vnútorný 90° priechod a vonkajšie prvky tela ventilu – 3D tlač eliminuje nesúlad foriem bežný pri tradičnom vstrekovaní vosku.
  • Keramická škrupinová budova: Voskové vzory sú namáčané v keramickej kaši (oxid hlinitý-oxid kremičitý) a potiahnuté pieskom; škrupina sa suší v kontrolovanej vlhkosti (40– 60 %) aby sa vytvorila tuhá forma (6-8 vrstiev, celková hrúbka 5–10 mm).
  • Odvoskovanie & Streľba: Škrupina sa zahreje na 1 000 – 1 100 °C, aby sa roztopil a vypustil vosk (odparafínovanie) a spekať keramiku (streľba), vytvorenie poréznej formy, ktorá odoláva teplotám roztaveného kovu.
  • Nalievanie kovov: Roztavený kov (Napr., 316L pri 1500 °C, Hastelloy C276 pri 1 450 °C) sa naleje do škrupiny pod vákuom, aby sa zabránilo pórovitosti; forma sa chladí rýchlosťou 50–100 °C/hodinu, aby sa zabránilo tepelnému praskaniu.
  • Odstránenie škrupiny & Dokončovanie: Keramická škrupina sa rozbije vibráciami; liate telo je pieskované (zrnitosť 80-120) na odstránenie zvyškov keramiky, potom orezané, aby sa odstránili odlievacie stúpačky.

• Kľúčové metriky: Rozmerová tolerancia ±0,05 mm (kritické pre zarovnanie priechodu 90°); pórovitosť <0.5% (testované cez röntgen); drsnosť povrchu Ra 12,5–25 μm (pred obrábaním).

Odlievanie piesku

• Aplikácia: Nízko až strednotlakové telesá (uhlíková oceľ A105, mosadz C36000) pre všeobecné priemyselné použitie (HVAC, úpravy vody).
• Procesný tok:

• • Príprava formy: Piesok viazaný živicou (fenolová živica + kremičitý piesok) je zhutnený okolo kovového vzoru (hliník alebo liatina) aby vytvorili dve polovice (zvládnuť a ťahať); jadrá (piesku alebo kovu) vytvorte vnútorný 90° priechod.
  • Montáž formy: Dve polovice formy sú zovreté dohromady; vtokové systémy (sprue, bežec, stúpačka) sa pridávajú k priamemu zmršťovaniu roztaveného kovu a prívodu.
  • Nalievanie kovov: Roztavená uhlíková oceľ (1,530–1 550 °C) alebo mosadz (900–950 °C) sa naleje do sprue; stúpačky sú dimenzované tak, aby poskytovali ďalší kov, keď sa odliatok ochladzuje a zmršťuje.
  • Shakeout & Upratovanie: Po ochladení (2– 4 hodiny pre malé telá, 8– 12 hodín pre veľkých), forma je rozbitá (vytrasenie); odliatok je otryskaný (zrnitosť 60-80) na odstránenie piesku.

• Kľúčové metriky: Rozmerová tolerancia ±0,2 mm; drsnosť povrchu Ra 25–50 μm (pred obrábaním); mechanické vlastnosti (pevnosť v ťahu ≥485 MPa pre A105) overené ťahovou skúškou liatych kupónov.

Kovanie

Kovanie sa používa na telesá vysokotlakových ventilov (Trieda ANSI 2500–4500) kde je rozhodujúca pevnosť a odolnosť proti únave (Napr., ventily napájacej vody kotla elektrárne).

Proces vyrovnáva kovové zrná, aby sa zlepšil mechanický výkon.

• Procesný tok:

• • Príprava predvalkov: Kovové predvalky (Legovaná oceľ A182 F91, Hastelloy C276) sú narezané na váhu (10–15 % prebytok na započítanie straty pri kovaní) a zahriata na 1 100 – 1 300 °C (austenitizačná teplota pre oceľ).
  • Kovanie za tepla: Zahriaty predvalok sa lisuje do matrice (v tvare tela ventilu) pomocou hydraulických lisov (1,000- 5000 ton);
    90° priechod je vytvorený kombináciou kovania v uzavretej zápustke (vonkajší tvar) a piercing (vnútorný priechod).
  • Tepelné spracovanie: Kované telesá prechádzajú žíhaním (800–900 °C, trvá 2-4 hodiny, chladený 50 °C/hod) na zníženie zvyškového napätia;
    vysokolegované karosérie (Hastelloy C276) prijímať rozpúšťacie žíhanie (1,150° C, uhasený vo vode) na obnovenie odolnosti proti korózii.
  • Príprava na obrábanie: Kované telesá sú hrubo opracované, aby sa odstránil výron (prebytočný kov) a upravte rozmery v rozmedzí ±0,5 mm od konečných špecifikácií.

• Kľúčové metriky: Zarovnanie toku zŕn (overené makroleptaním); pevnosť v ťahu o 20–30 % vyššia ako odlievané telesá (Napr., A182 F91 kovaný: ≥690 MPa vs. obsadenie: ≥620 MPa); tvrdosť HB 180–220 (po žíhaní).

Obrábanie orezania (Zátk, Sedací krúžok, Klietka)

Obloženie (zátk, sedací krúžok, klietka) priamo riadi prietok a tesnenie, takže jeho opracovanie vyžaduje presnosť na úrovni mikrónov.

Medzi bežné materiály patrí nehrdzavejúca oceľ 17-4PH, Hviezdny 6 (zliatina kobaltu), a ocele potiahnutej karbidom volfrámu.

Otáčanie CNC & Frézovanie

• Spracovanie:

• • Príprava slepého pokusu: Orezať polotovary (Napr., 17-4PH okrúhla tyč) sú narezané na dĺžku a tepelne spracované (roztok žíhaný pri 1 050 °C, starnutie pri 480°C) dosiahnuť tvrdosť HB 300–320.
  • Otáčanie CNC: 5-osové CNC sústruhy (Napr., Haas UMC-750) tvarujte vonkajší profil zástrčky (Napr., parabolický, Vopred) s toleranciou priemeru ±0,01 mm; tesniaca plocha sedlového krúžku je otočená na rovinnosť ≤ 0,005 mm.
  • Mletie: Pre viacportové klietky, CNC frézy vyvŕtajú 8–12 presných otvorov (priemer ±0,02 mm) v rovnakých uhloch, aby sa vytvorili postupné dráhy toku;
    Zástrčky s V-zárezmi majú svoje zárezy vyrezané pomocou drôtového EDM (elektrické výbojové obrábanie) pre presnosť uhla ±0,1°.

• Kľúčové ovládacie prvky: Nástroje (diamantom potiahnutý karbid pre 316L, CBN pre Stellite 6) Používajú sa na zabránenie deformácii materiálu; chladiaca kvapalina (syntetické pre nehrdzavejúcu oceľ, minerálny olej na zliatiny) udržiava teplotu <50°C, aby sa predišlo chybám tepelnej rozťažnosti.

Lapovanie (Povrchová úprava tesnenia)

• Účel: Dosiahnite vzduchotesné tesnenie medzi zástrčkou a sedlovým krúžkom (kritické pre ISO 5208 Únik triedy V/VI).
• Spracovanie:

• • Výber lapovacej zmesi: Jemnozrnný oxid hlinitý (0.5– 1 μm) pre obloženie kov na kov; diamantová pasta (0.1 μm) pre mäkké čalúnenie (Zástrčka potiahnutá PTFE).
  • Operácia lapovania: Sedlový krúžok je upnutý na lapovacom stroji; zátka sa k nej pritlačí kontrolovanou silou (50-100 N) a otáča sa rýchlosťou 50-100 ot./min.
    Proces sa opakuje s postupne jemnejšími zlúčeninami, kým tesniaci povrch nedosiahne Ra ≤ 0,4 μm.
  • Overenie: Tesniace povrchy sa kontrolujú pomocou optickej profilometrie, aby sa potvrdila drsnosť a rovinnosť; "svetelný test" (držte zástrčku a sedlo spolu proti zdroju svetla) nezabezpečuje žiadne medzery.

Náter (Odolnosť proti oderu/korózii)

• Povlak z karbidu volfrámu: Na orezávanie používané v abrazívnych kaloch (ťažba, odpadová voda), HVOF (vysokorýchlostné kyslíkové palivo) striekaním sa na zátku a sedlový krúžok nanesie 50–100 μm povlak z karbidu volfrámu.
  Povlak je brúsený na Ra ≤0,8 μm a tvrdosť HV 1 200–1 600.
• Povlak PTFE: Na úpravu potravín/farmaceutických výrobkov, 20–30 μm PTFE povlak sa nanáša elektrostatickým nástrekom a vytvrdzuje pri 380 °C.
  Povlak spĺňa FDA 21 Časť CFR 177 a má koeficient trenia 0.04 (zníženie opotrebovania stonky).

7. Priemyselné aplikácie uhlových guľových ventilov

Uhlové guľové ventily sú široko používané vo viacerých priemyselných odvetviach presmerovanie toku, presné škrtenie, a kompaktné usporiadanie potrubí sú povinné.

Ich jedinečné 90° dráha toku a robustná schopnosť škrtenia aby boli vhodné pre oboch vysokotlakové/teplotné systémy a kritické riadiace aplikácie.

8. Konkurenčné porovnanie: Angle Globe vs. Podobné ventily

Kľúčové postrehy:

• Uhlové guľové ventily sú ideálne pre presné škrtenie a smerové prúdenie v tesných rozloženiach.
• Priame guľové ventily poskytujú podobné ovládanie, ale potrebujú viac miesta v potrubí.
• Guľôčkové ventily vynikať v rýchle zapnutie/vypnutie s minimálnym poklesom tlaku.
• Uhol Spätné ventily sú jednosmerný, automatické ventily, zabraňujúce spätnému toku pri kompaktnej montáži, uhlové usporiadanie potrubia.

9. Záver

Uhlový glóbus ventily sú všestranné regulačné ventily, ktoré vyvažujú presné škrtenie, dobrá kontrola kavitácie a kompaktné usporiadanie potrubia.

Správny výber materiálu a strihu, presné dimenzovanie (Kv/Cv), Pozornosť na schopnosti P–T a profesionálne špecifikácie pohonov sú nevyhnutné na realizáciu ich výhod.

Na erozívnu prevádzku používajte stupňovité ozdoby a tvrdené materiály, živé balenie na kontrolu emisií, a údaje dodávateľa Cv/krútiaci moment na dokončenie dimenzovania pohonu.

Časté otázky

Sú uhlové guľové ventily obojsmerné?

Mnohé sú navrhnuté pre jednosmernú prevádzku s tesnením s pomocou tlaku; avšak správne navrhnuté dvojité alebo vyvážené čalúnenie poskytuje obojsmernú schopnosť – overte si špecifikáciu dodávateľa.

Ako si môžem vybrať medzi uhlovou zemeguľou a zemeguľou so vzorom Y?

Y-vzor znižuje uhol otáčania prietoku a pokles tlaku, ale často s určitou stratou presnosti škrtenia.

Vyberte si vzor Y, kde sú prioritou nižšie ΔP a znížený krútiaci moment pohonu.

Aký materiál by som mal použiť na uhlový guľový ventil v morskej vode?

Duplexný 2205 nehrdzavejúca oceľ (Drevo 32–35) je ideálny. Odoláva korózii morskou vodou (sadzba <0.002 mm/rok) a má vysokú pevnosť, prevyšujúce 304 (pitting riziko) alebo uhlíkovej ocele (rýchle hrdzavenie).

Ako zabránim kavitácii v uhlovom guľovom ventile?

Na postupné zníženie ΔP použite viacportové stupňovité orezávanie (každá etapa <10 psi), zväčšite ventil na nižšiu rýchlosť, alebo zahrejte kvapalinu, aby sa zvýšil tlak jej pár.

Pre silnú kavitáciu, vyberte obloženie Venturiho alebo obetnej vložky.

Môžu byť použité uhlové ventily pre ESD?

Áno – pneumatické pohony s vratnou pružinou dosiahnu plný zdvih za 1–3 sekundy, spĺňajúce požiadavky ESD.

Však, sú menej presné ako elektrické pohony; použite ich na zapnutie/vypnutie ESD, nie kontinuálna modulácia.

Aká je typická životnosť uhlového guľového ventilu vo vysokoteplotnej pare?

4-6 rokov pri správnej údržbe. Použite Stellite 6 vyvrhnúť (odoláva oxidácii) a grafitové tesnenie (vysoká teplota), a každý rok skontrolujte obloženie.