4.4.1 球形控制阀介绍
与蝶形控制阀在很多方面相似,在过去的20年球阀曾被用于节流工况。作为控制阀,它们曾适应自简单开-关阀的自动化到特别设计的准确控制工艺的自动控制阀的过程。改进密封设施和球的高精确度的机加工以提供严密关闭和特征化的控制。在很大程度上,他们用于高幅度变化范围的工况。球形控制阀典型地处理300到1的幅度变化范围,显著地高于地形控制阀的20到1。这样高的幅度变化范围为调节元件基础设计所认可,它使球体旋转进入物流时而不产生蝶形阀盘活截止阀芯的明显侧向负荷。
球形控制阀也能很好地适应稀桨工况或含有前卫成分的工艺过程(如木材纸浆)。球体的旋转动作对密封产生剪切动作,在关闭过程中可使工艺介质情节地分离。相同的工艺在蝶阀或截止阀中(它们直接在工艺物流体内过到中使用调节元件或阀芯)将被阻塞或粘合。与蝶阀结构等五的沉积和损坏。另一方面,截止阀可使工艺介质中较重的物质沉积在截止阀底部(水平管线安装)或沉积在阀体工作台(垂直管线安装)。
严密的关闭时球形控制阀的一个特点,是因为球体与阀座保持经常接触。对于软密封,球形控制阀能够获得ANSI Ⅵ级关闭(鼓泡严密),但有一个温度范围,在高温范围内,可使用金属阀座,但它允许较大地 泄漏率(ANSI Ⅳ级)。球阀比截止阀有较高的流动容量,甚至比蝶阀也高,因为蝶阀在物流中防止有阀盘而能限制物流容量。因为典型球阀的流动能量比可比较尺寸的截止阀大约2~3倍,则可使用较小尺寸的球阀。这是一个明显的经济考虑。
表4.2列出截止阀(T和Y形两者)和球阀之间的流动容量比较。
球型控制阀的主要缺点是:虽然球阀的直线通过物流的型式提供较小的压力降,但是在球阀节流时几何尺寸的显著改变,提供较低的压差和较高的压力降并增加产生空穴的机会,尽管球阀的直线通过流动型产生绩效的压力降。如果操作工况可能产生空穴,则可使用较大尺寸的球阀产生较高的差动,并防止因采用较小尺寸而且有较大的Cv值的阀门所产生的高压力降。采用较大球阀也意味着对节流工况来说,阀门形成的最佳部分未被利用,而仅使用了最接近关闭位置的行程部分。
今天采用的两个球阀的基本结构是:全舱口球阀和特性化球阀。与手动操作开-关隔断球阀相似,全舱口球阀使用球状球体作为调节元件,球体上镗以与管线内径相同的孔作为特征(图4.30)。当权舱口球阀全部开启时,物流继续无阻碍地通过磁控,这样物流不重装条件元件或调芯,产生小的压力降(如果有的话)和绩效的工艺湍流。尽管开-关操作是最佳的选用,但全舱口阀门很少用于纯节流工况,因为球体镗孔的尖角边缘会产生噪音、空穴、磨损和增加压力降。尽管全舱口球阀经常用于开-关操作,但它也被用于需要采用清洁猪或清洁杆去清理管线内部的场所(要求使用直线通过并且在物流流层中无调节元件的阀)。因为受全舱口球体结构的限制,在球体上不能设计流动特性。加工圆形意外的锐孔形状是很困难和昂贵的。全舱口阀门的固有路东特性接近于等百分比流动特性,而任何流动特性的改变,必须由定位器凸轮完成。
特性化球阀(图4.31)不使用球形球体,而代之以球状中空扇形体。当全部打开时,扇形体旋转而离开物流,使适当的平稳的流动通过阀体,尽管阀体的外形和特性化球体的集合新年改装将产生小的压力降和可能产生某些湍流。当阀门运动到中间行程的节流位置,特性化球体进入流动通道。流动特性是以V形缺口或抛物曲线以提供每个位置所需要的流动。当阀门继续进行1/4旋转运动,此缺口或曲线逐渐变小,直到整个球的表面暴露在物流之中,而达到全关闭位置。V形缺口有一个固有线性流动特性,但在安装时,它可变成接近等百分比流动特性。抛物线缺口能够改进负荷要求的流动。
球形控制阀典型的尺寸为1~12in(DN25到DN300),压力等级可达到ANSI600级(PN100)。