什么是地球阀? 类型, 功能 & 申请

一个 地球阀 是用于启动的线性运动阀, 停止, 风门, 并调节管道中的流体流动.

以可移动磁盘为特征 (或插头) 以及通常球形体内的固定环座, 地球阀提供精确的流量控制，具有良好的关闭功能.

历史发展

起源于19世纪初, 地球阀从简单的插头阀演变. “地球”一词来自阀体最初的球形形状.

早期设计优先关闭; 到20世纪中叶, 插头几何形状和座椅表面的改进实现了更好的节流性能.

流体控制系统的重要性

今天, 地球阀在需要准确的流量调节的行业中无处不在 - 能力植物, 化学处理, 水处理, 油 & 气体, 还有更多.

他们直接的设计, 易于维护, 以及处理各种压力和温度的能力，使其必不可少.

2. 什么是地球阀?

一个 地球阀 是线性运动, 地球形 阀门 设计为开始, 停止, 或精确的节气门流体流中.

与四分之一的阀门不同 (例如。, 球或蝴蝶), 地球阀的茎和磁盘轴向移动, 提供对流量的精细控制并实现可靠的关闭.

关键特征和操作原则

• 线性运动机制
  转动手轮或执行器会导致茎移动磁盘 (或插头) 上下.
  当磁盘从座椅上抬起时, 流体可以通过; 当它下降时, 流动路径越来越限制直到完全关闭.
• 曲折的流道
  流体进入座椅下方, 逆转磁盘周围的方向, 并通过出口出口.
  这种“ S形”或“ Z形”路线会产生明显的压降 - 通常25-35 % 调节时的入口压力 - 但提供了异常光滑的, 可预测的节流.

3. 地球阀的构建和组件

车身和引擎盖样式 (T -Pattern, 是的, 角度)

T-Pattern:

这是最常见的身体风格. 在T-Pattern Globe阀中, 入口和出口端口处于直线状态, 流动路径通过阀门改变方向, 创建“ T”形状.
此设计适用于需要流量控制的通用应用.

Y-Pattern:

Y-Pattern Globe阀的入口和出口彼此之间有一定角度, 类似字母“ y”.
该设计提供了更流线的流道, 与T-Pattern相比，导致压力下降较低.
它通常用于最小化压力损失至关重要的应用, 例如在高流量率系统中.

角度:

角球阀的入口和出口为90度角.
在需要变化的流体流动方向的情况下，它们很有用, 或当管道系统中的空间限制需要更紧凑的设计时.

光盘 (插头), 座位 & 干

• 光盘 (插头): 通过在座椅上移动来控制流量. 共同的轮廓包括公寓, 轮廓 (笼子或插头), 和活塞.
  平衡的插头 (带有压力孔洞) 减少大或高压阀中的工作扭矩.
• 座位: 为光盘提供座椅表面. 座椅可能是不可或缺的或可更换的插入物, 由不锈钢制成, 莫内尔, 或软材料 (ptfe, 弹性体) 用于泡泡直接关闭.
• 干: 转移执行器运动到光盘. 可作为上升 (视觉位置指示) 或非促进类型, 带有螺纹或引导设计.
  灯笼环和包装腺保持茎周围的密封完整性.

包装, 腺, 和引擎盖垫圈注意事项

包装是密封茎和引擎盖之间空间的关键组成部分, 防止液体泄漏出阀.

它通常由石墨等材料制成, ptfe, 或编织纤维.

腺体用于压缩包装, 确保密封紧密. 引擎盖垫片在引擎盖和阀体之间提供密封, 防止该关节泄漏.

这些组件的选择取决于诸如流体类型之类的因素, 工作压力, 和温度.

致动法: 手动手轮, 气动, 电的, 液压

手动手轮:

这是最简单的驱动方法. 手轮固定在茎上, 然后操作员将其打开或关闭阀门.
手动球阀通常用于需要不经常操作或自动化不具有成本效益的应用.

气动:

气动执行器使用压缩空气操作阀门. 他们提供快速操作，适合需要快速响应时间的应用.
气动阀经常用于防爆操作的行业, 例如石油和天然气行业.

电的:

电动执行器由电力提供动力，可以远程控制. 它们提供精确的控制，通常用于工业过程控制系统.
可以对电动球阀进行编程以打开, 关闭, 或根据各种输入信号调节流量.

液压:

液压致动器使用液压液来产生操作阀所需的力.
他们能够提供高扭矩, 使其适合大尺寸阀门或需要大量力以移动光盘的应用.

4. 地球阀的材料

选择适合地球阀的正确材料 身体, 引擎盖, 修剪, 和 密封 对于确保特定的可靠服务至关重要 温度, 压力, 和 腐蚀性 状况.

阀体 & 引擎盖材料

修剪材料

密封 & 包装材料

• 柔软的座椅 (ptfe, 窥视)

• • 温度限制: PTFE最高〜200°C; 窥视〜260°C
  • 优势: 泡沫直接关闭 (ANSI/FCI类VI); 出色的化学兼容性

• 金属座椅 (防锈的, 莫内尔)

• • 温度限制: 到 600 °C或更高
  • 优势: 高温服务; 侵蚀和气蚀性; ANSI/FCI IV级密封

• 包装选项

• • 石墨: –200°C 650 °C; 低摩擦; 高观察蒸汽中的良好泄漏控制
  • ptfe: –200°C 260 °C; 化学惰性; 低茎扭矩
  • 芳香或合成纤维: 到 350 °C; 加强磨料媒体

5. 地球阀的类型和变化

为各种过程需求量身定制地球阀, 制造商结合身体图案, 插头设计, 座椅材料, 和专门的装饰.

t -pattern vs. y -pattern vs. 角球阀

T -Pattern Globe阀

• 流体动力学: 180°流动逆转在座椅下方建立一个强大的湍流区域, 协助混合但在下游侧增加侵蚀风险.
• 机械交易: 简单的铸造降低了成本和面对面的尺寸, 但是较高的压力下降 (ΔP≈20–30 %) 需要更多的泵或压缩机功率.
• 申请 & 案例示例: 广泛用于发电厂的饲水控制 (ANSI课 300 调节锅炉进料的T型阀 250 °C/25 bar).

Y -Pattern Globe阀

• 流体动力学: 45°偏移可最大程度地减少流体的加速和减速, 降低高ΔP服务中的空化潜力.
• 机械交易: 身体长度更长 (到 30 % 更多的) 复杂的核心加工提高了成本, 但是侵蚀性浆液的耐用性扩展了维护间隔.
• 申请 & 案例示例: 粘性聚合物溶液的化学计量 (例如。, 17控制单体进给 200 °C/15 bar).

角球阀

• 流体动力学: 在单个铸造中右角弯曲消除了肘部的需求, 降低安装复杂性和泄漏点.
• 机械交易: 限制较小的尺寸 (≤4英寸) 由于压力集中在转弯; 自我消耗的功能可防止水锤在冷凝物回流中.
• 申请 & 案例示例: 蒸汽陷阱滴管 (碳 - 钢角角球阀，具有星形饰边 600 服务 315 °C).

平衡与. 不平衡的插头设计

• 不平衡的插头: 在不平衡的插头设计中, 流体压力作用在圆盘的一侧, 创建一种需要由执行器克服的力量才能移动光盘.
  该设计需要执行器的更多力量, 特别是在高压应用中.
• 平衡的插头: 平衡的插头设计使光盘两侧的流体压力均衡, 减少操作阀所需的力.
  这使打开和关闭阀更容易, 特别是在高压系统中, 并可能导致较低的运营成本和更长的执行寿命.

软糖vs. 金属式版本

柔软的座位

• 座椅材料: ptfe, 窥视, 或弹性体.
• 泄漏类: ANSI/FCI类VI (泡泡型).
• 限制: 温度≤ 200 °C (ptfe), ≤ 260 °C (窥视).
• 用例: 药物, 食物 & 饮料, 细化学品.

金属座

• 座椅材料: 不锈钢, 莫内尔, 星形叠加.
• 泄漏类: ANSI/FCI IV类.
• 温度: 到 600 °C或更高.
• 用例: 高温蒸汽, 侵蚀或磨料.

专业地球阀设计

• 低温地球阀

• • 特征: 扩展的引擎盖; 低温合金 (例如。, 304l, 316L SS).
  • 温度范围: 向下–196°C.
  • 应用: 液化天然气, 低温存储和转移.

• 高温地球阀

• • 特征: 合金钢 (例如。, 2.25Cr – 1mo, 5Cr –½mo), 冷却夹克.
  • 温度范围: 600–800°C.
  • 应用: 过热蒸汽, 石化反应堆.

• 多阶段 / 防浪费装饰

• • 设计: 一系列节流阶段以逐步降低压力.
  • 益处: 降低噪声降低10–20 dB，并防止气no损伤.
  • 应用: 高ΔP (> 20 酒吧) 服务, 喷水, 脱皮.

6. 地球阀的性能特征

地球阀因其精确的节流和可靠的关闭而受到珍视, 但是必须在多个方面理解它们的性能:

压力 - 温度极限, 流控制行为, 泄漏性能, 气射/噪音缓解, 和长期耐用性. 以下是典型数据支持的详细分析.

压力 - 温度等级

地球阀按ANSI/ASME B16.34进行评分, 在给定温度下定义最大允许的工作压力. 碳机构的代表评级是:

笔记: 评分因身体材料而异; 不锈钢和合金钢体可能会看到±10 % 调整. 始终咨询制造商数据表和相关代码.

流量系数 (简历) & 控制距离

• 流量系数 (简历): 指示每分钟加仑 (GPM) 水 60 °F将以 1 PSI压降. 典型的简历值:

漏水和座椅设计注意事项

泄漏电压是地球阀的关键性能特征.

座椅的设计, 包括其材料, 形状, 和表面饰面, 在确定阀的泄漏感方面起着重要作用.

与金属座的阀相比，软式阀通常提供更好的泄漏感, 但是可以设计金属座的阀来满足特定的泄漏要求, 例如API 598 泄漏级别的VI瓦斯关闭.

空化 & 噪声控制

• 空化阈值: 当跨饰物跨越大约超过ΔP时发生 30 酒吧, 导致蒸气气泡塌陷和修剪损伤.
• 防浪费装饰: 3-5个腔室中分期减压可以将每个阶段的压力下降限制为 < 10 酒吧, 实际上消除了空化.
• 噪音衰减:

• • 标准装饰生成90–100 dB(一个) 在高ΔP处.
  • 多阶段装饰将噪声降低10-20 dB(一个), 达到水平≤ 80 DB(一个).

耐用性和维护

地球阀的耐用性取决于诸如材料质量之类的因素, 操作条件, 以及维护的频率.

由高质量材料制成的阀门和适当的表面处理可以具有较长的使用寿命.

定期维护, 包括检查阀座, 光盘, 干, 和包装, 运动部位的润滑, 并更换破旧的组件, 对于确保阀的耐用性和可靠操作至关重要.

7. 地球阀的选择和尺寸

过程要求: 流速, 压降, 最终使用媒体

选择地球阀的第一步是了解过程要求.

这包括确定最大和最小流速, 整个阀的允许压降, 和流体的性质 (例如。, 腐蚀性, 磨料, 粘性).

这些因素将影响大小, 类型, 和阀的材料.

阀尺寸计算和标准 (伊萨, IEC)

阀尺寸是一个关键过程，以确保阀门可以处理所需的流量，同时保持可接受的压降.

诸如仪器设定的标准, 系统, 和自动化协会 (伊萨) 和国际电工委员会 (IEC) 提供阀尺寸计算的指南.

这些计算通常涉及使用流量系数 (简历) 阀门和过程参数以确定适当的阀尺寸.

执行器的大小和控制考虑因素

一旦确定阀尺寸, 执行器需要适当尺寸.

执行器必须能够产生足够的力或扭矩才能在所有操作条件下操作阀门.

控制注意事项也起着作用, 例如控制信号的类型 (例如。, 4-20 马, 0-10 v) 以及所需的控制精度.

经济贸易 (初始成本与. 运营成本)

选择地球阀时, 初始成本与运营成本之间存在经济权衡.

更昂贵的阀门具有更好的材料和功能，由于使用寿命较长，运营成本可能较低, 降低维护要求, 和更好的性能.

另一方面, 便宜的阀门可能节省较高的初始成本，但由于更频繁的维修和更换，可能会随着时间的推移而导致更高的运营成本.

8. 安装, 手术, 和维护

适当的方向和管道布局

地球阀应以正确的方向安装, 在阀体上指示的流动方向与管道中的实际流动方向匹配.

阀周围的管道布局应允许轻松访问操作和维护. 应向管道提供足够的支撑，以防止阀门上的压力过大.

调试检查和预防性维护

在将地球阀投入使用之前, 应进行调试检查.

这些包括检查正确安装, 确保阀门运行顺利, 并验证所有连接的紧密度.

应建立预防性维护计划以定期检查阀门, 润滑运动部件, 并更换破旧的组件.

这可以帮助防止意外故障并延长阀门的寿命.

常见的故障模式和故障排除 (包装泄漏, 座椅磨损)

地球阀的常见故障模式包括包装泄漏, 座椅磨损, 茎腐蚀, 和执行器失败.

包装泄漏可能是由于安装不当而引起的, 包装材料的磨损, 或压力过大. 座椅磨损可能由于侵蚀而发生, 腐蚀, 或频繁操作.

对这些问题进行故障排除涉及确定根本原因并采取适当的纠正措施, 例如更换包装, 修理或更换座椅, 或解决腐蚀的根本原因.

维修vs. 代替: 备件和翻新

当地球阀故障时, 需要做出决定是否维修或更换.

备件的可用性, 与更换相比的维修费用, 损害的程度是影响这一决定的因素.

在某些情况下, 翻新阀可以是一种经济有效的选择, 特别是如果阀体和其他主要组件仍然处于良好状态.

9. 地球阀的应用

地球阀被广泛用于工业, 商业的, 和公用事业系统由于它们 出色的节流功能, 紧密关闭, 和 强大的设计.

工业应用

发电

• 蒸汽控制 在锅炉和涡轮机中
• 进食管制系统
• 启动和旁路线

石化 & 精制

• 过程控制中 蒸馏柱, 热交换器, 和 反应堆
• 燃油, 冷却液, 和 化学注射 系统

油 & 气体 (上游和下游)

• 扼流和杀死系统
• 气脱水和甜味
• 分离和注入线

化学 & 药物

• 酸的精密流控制, 溶剂, 和反应物
• 批处理和给药线

水 & 废水处理

• 流量调节 在过滤和消毒系统中
• 泵旁路 和 级别控制 申请
• 氯化和中和过程

HVAC & 建筑服务

• 冷水 和 热水环 控制
• 蒸加热 商业建筑的系统
• 区域控制阀 提高能源效率

海洋和造船

• 压载系统调节
• 发动机冷却和燃油系统
• 消防线

航天 & 防御

• 测试架中的高压流体和气体控制
• 飞机地面支撑系统
• 导弹加油/通风系统

低温 & 特种气体

• 液氮, 氧, 氩气, 和 液化天然气 控制
• 用于气体分离和液化植物

10. 地球阀的优缺点

地球阀因其而广泛使用 出色的节流功能 和 可靠的关闭, 但是它们还具有特定的限制.

地球阀的优点

出色的节流功能

• 允许精确调节各种条件的流动.
• 非常适合需要频繁调整或流量调制的应用.

良好的关闭性能

• 关闭时提供密封, 最小化泄漏.
• 适合隔离和控制职责.

与闸阀相比，中风较短

• 需要更少的茎移动才能完全打开或关闭, 减少驱动时间.

多功能车身配置

• 可在t-pattern中找到, Y-Pattern, 以及适合不同管道布局和流量要求的角度设计.

易于维护

• 顶级设计可以直接拆卸并访问内部组件.
• 座椅和光盘通常可以更换.

方向流控制

• 专为特定流动方向而设计, 提高控制应用程序的效率.

适用于高压和高温应用

• 可在锻造或铸造的结构中提供可处理极端条件的材料.

地球阀的缺点

较高的压降

• 由于流过阀体的流动方向变化, 地球阀造成重大压力损失.
• 对于需要低电阻流的系统而言并不理想.

需要更多的力或更大的执行器

• 阻力和紧密的关闭会产生更高的操作扭矩, 特别是在高压条件下.

更复杂的结构

• 比更简单的阀门类型（例如门或球阀）更多的零件, 可以增加成本和维护.

流动方向很重要

• 必须以正确的方向安装; 反向流程会损害内部组件或降低性能.

对于浆液或高粘性流体而言并不理想

• 曲折的流动路径和座椅侵蚀的潜力使它们不适合磨料或厚实的液体.

较重，较大的设计

• 通常比等效尺寸和压力类别的其他阀更大, 这可能会影响管道支持设计.

11. 标准, 测试, 和认证

• 材料 & 方面:

• • API 602 (小孔), API 609 (蝴蝶), ISO 5752
  • MSS SP ‑ 61 (紧绷), MSS SP ‑ 25 (标记)

• 测试程序:

• • 壳测试 (1.5×pn), 座椅测试 (1.1×pn), 后座测试

• 质量保证:

• • NACE MR0175 (酸味服务), PED 2014/68/EU, ASME B16.34

12. 比较地球阀与其他阀类型

13. 新兴趋势和创新

智能阀定位器和IIOT集成

智能阀定位器与工业互联网的集成 (IIOT) 正在革新地球阀的监视和控制.

这些高级定位器不断跟踪关键参数，例如阀位置, 压力, 温度, 和振动.

数据将传输到集中式系统以实时诊断和预测维护.

高级涂料和表面处理

尖端的表面处理和涂料可增强阀耐用性和效率.

耐腐蚀的材料, 侵蚀, 和污垢正在应用于阀盘和座椅等关键组件.

涂料类型:

• 陶瓷涂料: 在磨料环境中增加耐磨性和使用寿命
• PTFE和环氧涂料: 改善化学加工中的耐腐蚀性
• 疏水表面: 减少液体粘附和结垢

14. 结论

地球阀是各种行业中流体控制系统不可或缺的一部分.

他们独特的设计, 将线性运动机构与球体结合在一起, 使他们能够提供精确的流量控制和可靠的关闭功能.

从根据流体特征和操作条件选择适当的材料到可用的各种类型和变化, 地球阀可以量身定制以满足特定的申请要求.

随着技术的继续发展, 新兴趋势和创新（例如智能阀集成）, 高级材料, 和节能设计旨在进一步增强地球阀的性能和能力.

这些发展不仅将提高工业运营的效率和安全性，而且还会有助于更可持续的未来.

 

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