Кульовий кран проти дискового клапана є одними з найбільш широко використовуваних чвертьобертових клапанів у промисловості. Обидва забезпечують швидку роботу та компактні установки, але вони задовольняють зовсім інші потреби:

• Кульові крани забезпечують відмінне герметичність, низький перепад тиску при повному відкритті, міцність і загалом чудова герметизація — ідеально підходить для ізоляції, обслуговування з високим тиском / температурах і де витік не допускається.
• Поворотні клапани надайте запальничку, недорога альтернатива, яка має великі діаметри, низький- до систем середнього тиску та застосувань, де простір, вага і вартість критичні (Напр., ОВК, розподіл води).
  Високопродуктивні конструкції скорочують розриви продуктивності, але компроміси залишаються.

У цій статті порівнюються два сімейства клапанів від дизайну, гідравлічний, механічний, матеріалів і перспектив життєвого циклу, щоб ви могли вибрати правильний клапан для певного застосування.

1. Структурні принципи та класифікація кульового клапана проти поворотного клапана

Кран кульовий

A кульовий кран використовує видовбаний, обертова сфера («м'яч») з наскрізним отвором (отвор) який вирівнюється з трубою, щоб забезпечити потік, або обертається на 90°, щоб перекрити її.

Робота чвертьобертова (90°) між повністю відкритим і повністю закритим. Варіанти включають плаваючу кулю та конструкції кулі на цапфі; стилі порту включають повний порт, зменшений порт, і V-порт (для дроселювання).

Класифікації

1. За конструкцією кузова:

• • Цільний кульовий кран – Компактний, економічний, мінімальні шляхи витоку, непридатні до обслуговування.
  • Кульовий кран з двох частин – Простіше обслуговування, поширені в промислових трубопроводах.
  • Трикомпонентний кульовий кран – Знімна центральна секція для поточного обслуговування; використовується в процесах високої чистоти та в санітарних процесах.

2. За типом опори м'яча:

• • Плаваючий кульовий кран – М’яч плаває навпроти нижнього сидіння для ущільнення; типові для малих і середніх розмірів.
  • Кульовий кран на цапфі – М’яч закріплений на цапфах, зниження навантаження на сидіння та робочого моменту; підходить для великих діаметрів і високого тиску.

3. За дизайном порту:

• • Повнопрохідний кульовий кран – Діаметр отвору дорівнює внутрішньому діаметру труби, мінімальний перепад тиску.
  • Кульовий кран зі зменшеним портом – Менший отвір, економія коштів, трохи вищий перепад тиску.
  • Кульовий кран V-Port – V-подібна виїмка в кулі для точного контролю потоку.

4. За особливостями:

• • Кріогенний кульовий кран, Кульовий кран з металевим сідлом, Вогнебезпечний кульовий кран, Кульовий кран із заповненням порожнини для обслуговування гною.

Поворотний клапан

A поворотний клапан користується квартирою, круглий диск, закріплений на валу. Обертання вала на 90° повертає диск з паралелі (ВІДЧИНЕНО) до перпендикуляра (ЗАЧИНЕНО) текти.

Конфігурації включають концентричні (нульовий зсув), подвійне зміщення (високопродуктивний), і потрійний офсет (металеве сидіння, ущільнення під високим тиском/температурою).

Класифікації

1. За типом статури:

• • Поворотний клапан вафельного типу – Встановлюється між фланцями, тримається болтами; компактний і легкий.
  • Поворотний клапан – Різьбові вставки для незалежного фланцевого з’єднання.
  • Поворотний клапан з фланцем – Інтегровані фланці для роботи під високим тиском.

2. За зміщенням диска:

• • Концентричний поворотний клапан – Вісь стебла збігається з центром диска; режим низького тиску.
  • Поворотний клапан із подвійним зміщенням – Зсув штока відносно диска та центру корпусу, зменшення зносу сидінь; здатність до більш високого тиску.
  • Дроссельний клапан із потрійним зміщенням – Додає третє зміщення для ущільнення метал-метал; високотемпературна експлуатація до ~600°C.

3. За дизайном сидіння:

• • Поворотний клапан із пружним сидінням – Сидіння з гуми/еластомеру, Відключення VI класу, до ~150°C.
  • Поворотний клапан з PTFE – Відмінна хімічна стійкість до корозійних середовищ.
  • Поворотний клапан із металевим сидінням – Для абразивних або екстремальних температур.

2. Вплив вибору матеріалу на продуктивність кульових і поворотних клапанів

Вибір матеріалу безпосередньо впливає на продуктивність клапана в надійності ущільнення, термін служби, Корозійна стійкість, і придатність для певних середовищ і умов експлуатації.

Обидва кульові крани і поворотні клапани вимагають ретельного підбору тіла, обрізати, і матеріали сидінь відповідно до передбачуваного середовища застосування.

Вибір матеріалу для кульових кранів

Матеріал корпусу клапана

• Вуглецева сталь (WCB / A216) – Висока міцність і економічність; підходить для некорозійних рідин в маслі & газові трубопроводи. Обмеження температури: ~425°C.
• Нержавіюча сталь (CF8 / Cf8m) – Чудова стійкість до корозії; Cf8m (316) стійкий до хлоридів і морської води.
• Дуплекс & Супер дуплекс з нержавіючої сталі – Чудова стійкість до точкової та щілинної корозії; ідеально підходить для морської води та морських платформ.
• Латунь / Бронза – Підходить для питної води, ОВК, промислові системи низького тиску; Помірна корозійна стійкість.
• леговані сталі & Нікелеві сплави (Юнель, Монель) – Вибраний для надзвичайної хімічної стійкості, високі температури, або обслуговування кислого газу.

Матеріал м'яча та сидіння

• М'яч:

• • Хромована вуглецева сталь – Хороша твердість і зносостійкість для загального використання.
  • 316 Нержавіюча сталь – Стійкий до корозії для хімічного та харчового застосування.
  • Кулі з керамічним покриттям – Виняткова зносостійкість для абразивних середовищ.

• Місце:

• • PTFE (Тефлоновий) – Широка хімічна сумісність, до ~200°C.
  • Посилений PTFE (R-PTFE) – Підвищена зносостійкість, робота з більш високим тиском.
  • Металеві сидіння (Зоряний, Карбід вольфраму) – Підходить для високотемпературної пари та абразивних суспензій, до ~600°C.

Вибір матеріалу для поворотних клапанів

Матеріал корпусу клапана

• Чавун / Пластичне залізо – Спільне для водопостачання та ОВК; ковкий чавун забезпечує більш високу міцність.
• Вуглецева сталь – Використовується в олії & газовий, Генерація живлення, і обслуговування пари середнього тиску.
• Нержавіюча сталь (304, 316) – Ідеально підходить для обробки харчових продуктів, хімічний, та корозійні середовища.
• Алюмінієва бронза – Відмінна стійкість до морської води та морського біологічного обростання.

Матеріал диска та сидіння

• Диск:

• • Нержавіюча сталь (316) – Чудова стійкість до корозії в агресивних середовищах.
  • Дуплексна нержавіюча сталь – Висока міцність і стійкість до хлоридів.
  • Диски з покриттям (Епоксидна смола, Нейлон, або PTFE) – Для стійкості до стирання або хімічної стійкості в муніципальних і хімічних службах.

• Місце:

• • EPDM – Підходить для води та слабких хімікатів; діапазон температур ~–40°C до +120°C.
  • NBR (Нітрильний каучук) – Масло- і паливостійкість; від –30°C до +100°C.
  • Покритий PTFE – Чудово підходить для корозійних кислот і розчинників.
  • Металеві сидіння – Для високотемпературних або абразивних умов; використовується в конструкціях з потрійним зміщенням.

3. Порівняння ефективності ущільнення кульового та поворотного клапана

Здатність ущільнення є одним із найважливіших параметрів при виборі клапана, оскільки це безпосередньо впливає на рівень витоків, безпека експлуатації, та інтервали технічного обслуговування.

Галузеві стандарти, такі як ANSI/FCI 70-2 і ISO 5208 визначити класи витоків, починаючи з І класу (найвищий допустимий витік) до VI класу (герметичний запір).

4. Ефективність регулювання потоку кульового клапана проти поворотного клапана

Продуктивність потоку є ключовим фактором вибору клапана, впливають на розмір насоса, Ефективність системи, і споживання енергії.

Тут є два найважливіші параметри коефіцієнт потоку (Cv) і падіння тиску (ΔP), обидва визначені такими стандартами, як ONE S75.02 і IEC 60534.

Коефіцієнт витрати (Cv)

Cv – витрата води (GPM) при 60°F, що призводить до a 1 psi падіння тиску на клапані. Клапан Cv залежить від розміру та конструкції.

• Кульові крани: Повнопрохідні кульові крани зазвичай мають високий Cv для свого номінального розміру та створюють дуже низький перепад тиску, коли вони повністю відкриті, оскільки отвір майже відповідає внутрішньому діаметру труби.
  Кульові крани зі зменшеним портом знижують Cv. Кульові крани з V-подібними портами розроблені для забезпечення більш лінійних характеристик дроселювання.
• Поворотні клапани: Для заданого номінального діаметра, Поворотні клапани часто мають вищий Cv, ніж кульові крани зі зменшеним отвором, оскільки відкрита площа диска велика;
  однак, оскільки диск перекриває профіль потоку навіть у відкритому стані (особливо в ексцентричних конструкціях), падіння тиску та профіль потоку відрізняються.
  На практиці, Поворотний клапан, як правило, демонструє більш поступову зміну коефіцієнта потоку від кута, ніж стандартний кульовий клапан (крім V-кулі).

Поведінка дроселювання/контролю

• Кульові крани: Не ідеально підходить для тонкого дроселювання, якщо не розроблено спеціально (V-порт або характерна обробка).
  Різка зміна навколо невеликих отворів; ризик пошкодження/ерозії сідла, якщо використовується для довгострокової модуляції з твердим шламом.
• Поворотні клапани: Загалом краще для грубого дроселювання у великих трубопроводах — для керування можна використовувати диски з подвійним зміщенням та спеціально профільовані диски.
  Клапани з потрійним зсувом і металевими сідлами можуть витримувати більш високі температури та забезпечують більш жорсткий контроль, ніж концентричні еластомерні поворотні клапани.

Зведена таблиця продуктивності потоку

5. Номінальні значення тиску/температури, діапазони розмірів і типові робочі конверти

Кульові крани

• Типові значення тиску: Клас ANSI 150 (~285 psi), Клас 300 (~740 psi), до класу 600/900 для кованих/цапфових конструкцій.
  Цапфові кульові крани зазвичай вище ~6–8″ і/або > Клас 300.
• Температура: Залежить від матеріалу сидіння (Сидіння з PTFE зазвичай обмежуються ~200°C; металеві сидіння для більш високих температур).
• Розмір: поширені від 1/4″ до 24″+ у конструкціях цапф.

Поворотні клапани

• Типові значення тиску: пластина/наконечник концентричний до ~PN10/PN16 (150–230 psi); з проушиною та подвійним/потрійним зміщенням до PN25–PN40 і вище для спеціальних конструкцій.
  Високоефективні агрегати з потрійним зсувом доступні для еквівалентного тиску класу 150–600.
• Температура: еластомерні сидіння обмежені (від –40°C до ~150°C); PTFE сидіння вище (~200°C); металеві сидіння підходять для >200° C.
• Розмір: дуже поширені від 2″ до 48″+; переваги ціни/ваги стають помітними при більших діаметрах.

6. Адаптованість медіа кульового клапана проти поворотного клапана

Придатність клапана для різних типів середовищ залежить від геометрії шляху потоку, конструкція ущільнення, і сумісність матеріалів.

Щоб уникнути передчасного зносу, важливо вибрати правильний тип клапана, засмічення, або витік у складних умовах експлуатації.

Кульові крани

Кульові крани є висока адаптивність і може працювати з широким спектром носіїв, включаючи:

• Чисті рідини & Гази: Вода, нафта, природний газ, стиснене повітря.
• Корозійні рідини: Кислоти, луги, і морська вода (з відповідними корозійно-стійкими матеріалами, такими як нержавіюча сталь CF8M або Hastelloy®).
• Високов'язкі середовища: Асфальт, сиропи, і важкі масла — вільний отвір мінімізує падіння тиску.
• Носії, наповнені частинками: Грязь, рудний шлам, і мулу. Металеві конструкції стійкі до подряпин від абразивних частинок, а сферичне закриття мінімізує утримання носія.
• Високотемпературний & Пара: З металевими сидіннями, кульові крани можуть працювати з насиченою або перегрітою парою в промислових умовах.

їх шлях потоку з низькою турбулентністю і надійний ущільнювальний інтерфейс роблять їх особливо ефективними для транспортування шламу в шахтах, скидання осаду в очисні споруди, і хімічна обробка, що включає рідини змішаної фази.

Поворотні клапани

Поворотні клапани мають помірна адаптивність, на продуктивність сильно впливає тип ущільнення:

• Конструкції з м’яким ущільненням: Найкраще для чистих середовищ, таких як питна вода, стиснене повітря, і пара низького тиску.
  Вони можуть бути пошкоджені великими частинками або волокнами, що призводить до витоку або погіршення ущільнення.
• Конструкції з жорстким ущільненням: Більш толерантний до дрібних часток, але використання абразивів або високих твердих частинок може з часом скоротити термін служби ущільнення.
• Їдкі або спеціальні середовища: Дроссельні клапани з тефлоном або гумою можуть працювати з морською водою, м'які хімікати, і деякі шлами, хоча середовища з високою в'язкістю або високим рівнем стирання все ж можуть краще підходити для кульових кранів.

Загальний, поворотні клапани перевершують чисті або злегка забруднені рідини де економія місця, Зниження ваги, і швидке відключення є пріоритетними, наприклад міське водопостачання, Контури охолодженої води HVAC, і розподілу пари низького тиску.

7. Розміри та вага кульового крана проти поворотного клапана

Фізичний слід клапана безпосередньо впливає простір для установки, конструкція несучої конструкції, і вимоги до обробки.

Кульові крани та поворотні клапани суттєво відрізняються за розмірами та масою для еквівалентних номінальних діаметрів (DN) і показники тиску.

Кульові крани

• Розміри: Загалом довжина довжини обличчям до обличчя завдяки корпусу м’яча та опорній конструкції сидіння. Для повнопрохідних конструкцій потрібен більший корпус клапана для підтримки необмеженого потоку.
• Вага: Важче, ніж поворотні затвори того ж DN і класу тиску через більш товсті стінки, більші корпуси, і більш щільні внутрішні компоненти.
• Приклад (DN300, Клас 150):

• • Віч-на-віч: ~457 мм (фланцеві)
  • Вага: 180– 250 кг (залежно від матеріалу корпусу та конструкції отвору)

• Вплив: Збільшення ваги та довжини може вимагати додаткової опори труби та більшого зазору для встановлення, особливо в обмеженому просторі.

Поворотні клапани

• Розміри: Стрункий, компактний дизайн з короткими довжинами обличчя до лиця (часто відповідають ISO 5752 / API 609 короткі розміри викрійки). Диск займає лише простір на шляху потоку, зменшення обсягу житла.
• Вага: Значно легше кульових кранів для еквівалентного розміру та класу, зменшення вимог до встановлення та підтримки.
• Приклад (DN300, Клас 150):

• • Віч-на-віч: ~127 мм (вафельний тип)
  • Вага: 35–50 кг (залежно від матеріалу диска та корпусу)

• Вплив: Ідеально підходить для застосувань, де зниження ваги є критичним, напр., підвісні труби, суднові системи, і високі промислові споруди.

Розмір & Таблиця порівняння ваги

Дані базуються на типовій конструкції з вуглецевої сталі, Розміри ANSI B16.10, та API 6D/API 609 конструкції.

8. монтаж, Технічне обслуговування, і порівняння вартості

При виборі арматури для промислових або комунальних систем, складність монтажу, вимоги до обслуговування, і загальна вартість володіння є критичними міркуваннями.

Кульові та поворотні клапани суттєво відрізняються за цими розмірами.

Вимоги до встановлення

Кульові крани:

• Вимагати більше місця завдяки довшим розмірам і більшій вазі.
• Фланцеві, зварні, або різьбові з'єднання поширені; ретельне вирівнювання має вирішальне значення для запобігання навантаженню на корпус клапана.
• Установка приводу (посібник, електричний, або пневматичний) може знадобитися додатковий зазор для обертання маховика або штока.

Поворотні клапани:

• Надзвичайно компактний і легкий, ідеально підходить для вузьких труб.
• Зазвичай встановлюється як типи пластин або вушок, затиснутий між фланцями, що скорочує час монтажу.
• Приводи легше монтувати завдяки меншим вимогам до крутного моменту та легшому диску.

Підсумок встановлення: Поворотні затвори, як правило, легше та швидше встановити, особливо в системах великого діаметру або модернізації.

Витрати на технічне обслуговування

Кульові крани:

• Технічне обслуговування передбачає заміна сідла та ущільнення, змащування штока, та огляд м'яча та тіла.
• Повноствольні та цапфові конструкції більш складні, часто вимагає відключення системи для обслуговування.
• Витрати на довгострокове обслуговування вищі через вагу, багатокомпонентні вузли.

Поворотні клапани:

• Технічне обслуговування простіше; часто, заміна сидіння та диска можна виконати на місці без повного видалення клапана (для прорізних конструкцій).
• Менша кількість рухомих частин і менша вага зменшують знос підшипників і ущільнень штока.
• Поворотні клапани з м’яким ущільненням можуть потребувати частішої заміни сідла під час роботи з абразивними середовищами, але загальне обслуговування залишається нижчим, ніж кульові крани.

Порівняння витрат

Ключові висновки:

• Кульові крани пропонують перевагу надійність ущільнення та універсальність носіїв, але з перевагою у вазі, установка, і довгострокове обслуговування.
• Поворотні клапани забезпечують економічний, рішення для економії місця, особливо підходить для великих діаметрів, чисті носії, і застосування, де зниження ваги є корисним.

9. Тенденції розвитку та технологічні інновації

Сучасна арматурна техніка підкреслює розумні технології, передові матеріали, і оптимізовані конструкції для задоволення все більш складних промислових вимог.

Тенденції щодо кульових кранів

Розумні клапани з підтримкою Інтернету речей:

• Розвиток інтелектуальні кульові крани з датчиками забезпечує моніторинг положення клапана в реальному часі, тиск, температура, і витік.
• Передача даних через Платформи IoT дозволяє здійснювати прогнозне обслуговування та дистанційну діагностику, підвищення безпеки та скорочення часу простою, наприклад, виявлення витоків у газопроводах та автоматичне відключення.

Вдосконалені матеріали:

• Використання композиційні матеріали (Напр., полімери, армовані керамікою) для м'ячів і сидінь покращує Опір зносу, Корозійна стійкість, і знижує вагу, виготовлення клапанів, придатних для екстремальних умов.

Структурна оптимізація:

• Спеціалізовані кульові крани надвисокого тиску та кріогенні (Напр., Експлуатація СПГ при -196°C) оснащені оптимізованими ущільнювальними структурами та матеріалами для збереження продуктивності в суворих умовах.

Тенденції поворотного клапана

Високоефективне ущільнення:

• Дроссельні клапани з потрійним зміщенням уточнюються для досягнення жорстке ущільнення метал-метал, забезпечує нульовий витік навіть в умовах високого тиску.
• Це розширює сферу застосування поворотних клапанів на території, де раніше переважали кульові крани.

Енергоефективне приведення в дію:

• Розвиток електроприводи малої потужності з серводвигунами та точними коробками передач зменшує споживання енергії, Вирівнювання з екологічні та стійкі інженерні вимоги.

Рішення великого діаметра:

• Розширення до дуже великі діаметри (DN4000+) дозволяє дросельним клапанам обслуговувати основну гідравліку, муніципальний, і промислових трубопровідних систем.

Наскрізні тенденції

• Цифрування та прогнозне технічне обслуговування: Обидва типи клапанів стають все більш сумісними з Промисловість 4.0 каркаси, використання вбудованих датчиків для контролю тиску, крутний момент, і температура.
• Покращена продуктивність життєвого циклу: Передові матеріали, оптимізовані конструкції, і інтелектуальна активація разом зменшити витрати на технічне обслуговування, покращити безпеку, та підвищення енергоефективності.

10. Ключові відмінності: Кульовий кран проти поворотного клапана

11. Висновок

Кульовий кран проти поворотного клапана, кожна з них займає окрему нішу в системах керування рідиною, з їхніми сильними сторонами та обмеженнями, сформованими структурним дизайном, Вибір матеріалу, та оперативні вимоги.

• Кульові крани перевершити в щільне закриття, мультимедійна універсальність, і застосування під високим тиском, що робить їх ідеальними для олії & газовий, Хімічна обробка, і парові системи.
  Їх міцне ущільнення, міцність, а нові інтелектуальні технології роблять їх надійними для критичних і екстремальних операцій.
• Поворотні клапани пропозиція компактний розмір, легка конструкція, та економічна ефективність, особливо підходить для трубопроводи великого діаметру, чисті носії, і системи помірного тиску.
  Досягнення в конструкціях із потрійним зміщенням та енергоефективному приводі розширюють їх застосування в умовах високого тиску та промислових умовах.

Міркування відбору:

• Виберіть кульові крани для додатків, що вимагають точності, повне закриття, і середовища, що містять частки або високу в'язкість.
• Виберіть поворотні клапани для системи з обмеженим простором, великі обсяги потоку, або економічно чутливі проекти.

Зрештою, ретельна оцінка умови експлуатації, Медіа характеристики, вимоги до тиску/температури, і витрати протягом життєвого циклу має вирішальне значення для забезпечення оптимальної роботи клапана та довгострокової надійності.

Розуміючи їх порівняльні переваги, інженери можуть приймати обґрунтовані рішення, які збалансують ефективність, безпека, і економічна ефективність.

Поширені запитання

Чи можна використовувати дросельну заслінку для газової служби?

Так, дискові клапани з еластомерним сідлом можна використовувати для газу низького тиску, але переконайтеся, що сидіння відповідають вимогам газу, а клас витоку є прийнятним.

Для газоізоляції трубопроводу, крани з металевим сідлом або кульові, як правило, є кращими.

Чи придатні кульові крани для дроселювання?

Стандартні кульові крани не призначені для тонкого дроселювання — для грубого регулювання доступні V-кулькові або спеціальні кульові крани..

Для точної модуляції, використовувати регулюючий клапан (глобус) або V-подібна куля з позиціонером.

Який клапан краще для гною?

Жодна з них не є ідеальною без спеціального дизайну. Використовуйте загартовані обрізки, витратні футеровки або спеціальні клапани для суспензії.

Дроссельні клапани з міцними дисками та біосумісними покриттями є звичайними у великих лініях виробництва гною.; кульові крани з металевим сидінням можуть працювати в умовах суспензії невеликого діаметра.

Наскільки великим може бути кульовий кран?

Кульові крани виготовляються дуже великих розмірів (>24″ і вище) з використанням цапфових конструкцій, але вартість і вага значно зростають. Дроссельні клапани стають економнішими вище ~10–12″.