Дисковые затворы используются для открытия, остановки или регулирования потока жидкостей или газов по трубопроводам. Свое название они получили благодаря крылу, напоминающему диск, который вращается внутри корпуса клапана, напоминая движение бабочки. Среди различных типов дисковых затворов наиболее распространены высокопроизводительные дисковые затворы (HPBV) и концентрические дисковые затворы. Данное сравнение позволит проанализировать различия между ними по различным параметрам и прояснить их роль в промышленности и коммунальном хозяйстве.
| Особенность | Концентрический дроссельный клапан | Высокопроизводительный дроссельный клапан |
| Дизайн | Центральный стержень и диск | Смещенный шток с металлическим седлом |
| Уплотнительный механизм | Мягкое эластомерное сиденье | седло из армированного ПТФЭ |
| Номинальное давление | До 250 фунтов на кв. дюйм | До 600 фунтов на кв. дюйм |
| Температурный рейтинг | До 180°C (356°F) | До 260°C (536°F) |
| Износ | Выше из-за контакта с сиденьем | Ниже из-за смещенной конструкции |
| Пригодность применения | Жидкости низкого давления | Жидкости среднего давления и высокой температуры |
| Расходы | Ниже | Выше |
1. Проектирование и строительство
Основное различие между концентрическими дисковыми затворами и высокопроизводительными дисковыми затворами заключается в их конструктивном исполнении, в частности в расположении штока клапана и диска клапана относительно корпуса клапана, а также в используемых материалах.
1.1 Концентрические дисковые затворы
Концентрическая конструкция известна как клапан с «нулевым смещением» или «упругим седлом», поскольку шток и диск клапана совмещены точно по центру корпуса клапана и отверстия трубы. Такое совмещение по центру не допускает отклонений.
1.1.1 Движение диска
Диск поворачивается на 90° вокруг оси штока клапана и перемещается из полностью открытого положения (параллельно трубе) в полностью закрытое положение (перпендикулярно трубе) на всем диапазоне своего движения.
1.1.2 Механизм уплотнения
Уплотнение достигается за счет посадки с натягом между краем диска клапана и упругим резиноподобным седлом клапана (например, EPDM, акрилом или фторкаучуком), покрывающим внутреннюю поверхность корпуса клапана.
1.1.3 Материалы
Корпус клапана обычно изготавливается из высокопрочных и коррозионно-стойких материалов, таких как чугун, ковкий чугун или даже нержавеющая сталь для менее требовательных применений, поскольку резиновое седло клапана предотвращает контакт жидкости с корпусом клапана.
Диск может быть изготовлен из нержавеющей стали, алюминиевой бронзы, покрытого ковкого чугуна или полностью покрыт металлом, в зависимости от коррозионной активности жидкости.
1.2 Высокопроизводительные поворотные дисковые затворы
Обычно это двухэксцентриковая конструкция с двумя ключевыми смещениями:
Шток расположен за диском, а не через его центр, и
Узел диска и штока смещен относительно центральной линии отверстия трубы.
Некоторые усовершенствованные версии оснащены тройным смещением, но для высокопроизводительных моделей стандартным является двойное смещение.
1.2.1 Движение диска
Из-за смещения диск вращается подобно кулачку, уменьшая контакт с седлом.
1.2.2 Механизм уплотнения
Седло изготовлено из более прочных материалов, таких как армированный тефлон, способный выдерживать более высокие давления и температуры. В отличие от резинового седла в концентрическом клапане, уплотнение более герметичное и менее подвержено деформации.
1.2.3 Материалы
Корпус и диск изготовлены из прочных металлов, таких как нержавеющая сталь, углеродистая сталь или сплавы, чтобы выдерживать суровые условия.
1.3 Резюме: выводы из проекта
Простота конструкции концентрического клапана делает его лёгким и компактным, что делает его идеальным для прямого монтажа. Однако использование деформируемого резинового седла ограничивает его гибкость.
Смещенная конструкция и более прочные материалы высокопроизводительных клапанов повышают их долговечность и адаптивность, но за счет увеличения сложности и веса.
---
2. Возможности производительности
Производительность — наиболее изменчивый параметр этих клапанов, который пользователи ценят и ценят больше всего. В частности, она анализируется по давлению, температуре, герметичности и сроку службы.
2.1 Концентрические дисковые затворы
2.1.1 Номинальные значения давления
Концентрические дисковые затворы обычно выдерживают давление до PN16, но это значение варьируется в зависимости от размера и материала. При превышении этого давления резиновое седло может деформироваться или выйти из строя.
2.1.2 Номинальные температуры
Максимальная температура составляет 180 °C (356 °F) и ограничена температурными пределами резинового или ПТФЭ седла. Высокие температуры ухудшают характеристики эластомера и ухудшают герметичность.
2.1.3 Эффективность уплотнения
Он может обеспечить надежное закрытие в системах низкого давления, но постоянное трение между диском клапана и седлом клапана приведет к износу, что снизит эффективность.
2.1.4 Регулирование
Поскольку дисковые затворы больше подходят для полного открытия и закрытия, если они используются для регулирования расхода, длительное дросселирование ускорит износ седла клапана, сделав его менее точным и долговечным.
2.1.5 Долговечность
Благодаря большей эластичности металлические или армированные седла клапанов долговечнее резиновых. Смещение конструкции дополнительно продлевает срок службы, уменьшая трение.
2.2 Высокопроизводительный дисковый затвор
2.2.1 Номинальное давление
Благодаря прочной конструкции и смещению, снижающему нагрузку на седло клапана, он может выдерживать давление до PN16.
2.2.2 Номинальная температура
Поскольку седло клапана изготовлено из RPTFE, оно может эффективно работать при температурах до 536 °F (280 °C).
2.2.3 Эффективность уплотнения
Благодаря точной посадке смещенного диска клапана и прочному седлу клапана утечка практически отсутствует, а закрытие обычно близко к герметичному. Это делает его идеальным для критически важных применений.
2.2.4 Регулирование
Конструкция и материалы, используемые в высокопроизводительных дисковых затворах, позволяют им точно регулировать поток даже при высоком давлении. Уменьшение площади контакта с седлом минимизирует износ и сохраняет герметичность уплотнения в течение нескольких циклов.
2.2.5 Долговечность
Благодаря большей упругости металлические или армированные седла долговечнее резиновых. Смещение конструкции дополнительно продлевает срок службы, уменьшая трение.
2.3 Резюме: основные показатели эффективности
Концентрические клапаны подходят для стабильных условий низкого давления, но выходят из строя при среднем и высоком давлении.
Высокопроизводительные клапаны обеспечивают превосходную надежность и срок службы при более высокой первоначальной стоимости.
---
3. Приложения
Выбор между дисковыми затворами средней линии и высокопроизводительными дисковыми затворами зависит от конкретных потребностей системы, в которой они установлены.
3.1 Концентрические дисковые затворы
Для систем низкого и среднего давления/температуры, где приоритетами являются стоимость и простота.
Распространенное использование:
- Водоснабжение и водоотведение: муниципальные водопроводные сети, ирригационные и канализационные системы выигрывают за счет своей экономичности и изоляции жидкостей.
- Пищевая и фармацевтическая промышленность: резиновые седла предотвращают загрязнение чувствительных жидкостей корпусом клапана.
- Газоснабжение: газопроводы низкого давления используют его для управления включением/выключением.
- Противопожарная защита: спринклерные системы используют преимущества быстрой работы и надежности при среднем давлении.
- Пар низкого давления: для пара давлением до 250 фунтов на кв. дюйм и температурой до 350 °F.
3.2 Высокопроизводительные поворотные дисковые затворы
Для низко-средних давлений или критических систем, требующих точности и долговечности.
Распространенное использование:
- Нефть и газ: работает с агрессивными химикатами, нефтехимическими продуктами, а также в условиях шельфа с высоким давлением и коррозионными жидкостями.
- Производство электроэнергии: управление паром высокого давления и охлаждающей водой в турбинах и котлах.
- Химическая обработка: устойчив к агрессивным жидкостям и обеспечивает герметичность в нестабильных средах.
- ОВКВ: для больших систем, требующих точного управления потоком.
- Судостроение: выдерживает морские условия и работу с жидкостями под высоким давлением.
3.3 Совпадение и различия в применении
Хотя оба клапана регулируют поток, концентрические клапаны доминируют в экономичных, менее требовательных условиях, в то время как высокопроизводительные клапаны предпочтительны для промышленных процессов, где отказ может иметь серьезные последствия.
---
4. Эксплуатационные соображения
Помимо проектирования и применения, играют роль и такие практические факторы, как монтаж, обслуживание и интеграция в систему.
4.1 Установка
- Концентрический: более простая установка благодаря малому весу и более простой совместимости фланцев.
- Высокая производительность: из-за смещенной конструкции требуется точное выравнивание, а ее вес требует более прочной поддержки.
4.2 Техническое обслуживание
- Концентрический: техническое обслуживание заключается в замене резинового седла, что является относительно быстрым и недорогим способом ремонта. Однако частый износ может увеличить время простоя в системах с высокой цикличностью.
- Высокая производительность: техническое обслуживание требуется реже из-за прочного сиденья, но ремонт (например, замена сиденья) более дорогой и технически сложный, обычно требующий профессионального обслуживающего персонала со специальными инструментами.
4.3 Падение давления
- Концентрический: центрированные диски создают большую турбулентность при частичном открытии, что снижает эффективность при дросселировании.
- Высокая производительность: смещенные диски улучшают характеристики потока, уменьшая кавитацию и падение давления, особенно на высоких скоростях.
4.4 Приведение в действие
Оба клапана могут использоваться с ручными, пневматическими или электрическими приводами, но высокопроизводительные клапаны часто сочетаются с передовыми средствами управления для точной автоматизации в промышленных условиях.
---
5. Анализ стоимости и жизненного цикла
5.1 Первоначальная стоимость
Концентрические клапаны значительно дешевле, поскольку они относительно просты в изготовлении и требуют меньше материала. С высокопроизводительными дисковыми затворами дело обстоит иначе.
5.2 Стоимость жизненного цикла
Высокопроизводительные клапаны, как правило, более экономичны в эксплуатации, поскольку требуют меньше обслуживания и замены. В критически важных системах их надёжность также может снизить затраты, связанные с простоями.
---
6. Заключение: краткое изложение преимуществ и недостатков
6.1 Концентрический дроссельный клапан
6.1.1 Преимущества:
- Экономическая эффективность: более низкие затраты на производство и материалы дают преимущество в плане бюджета.
- Простая конструкция: простота установки, эксплуатации и обслуживания, меньшее количество движущихся частей.
- Изоляция жидкости: резиновые седла защищают корпус клапана, что позволяет использовать более дешевые материалы и сохранять чистоту жидкости.
- Малый вес: идеально подходит для случаев, когда вес имеет значение.
6.1.2 Недостатки:
- Ограниченный диапазон: верхние пределы составляют 250 фунтов на кв. дюйм и 356 °F, что ограничивает использование в суровых условиях.
- Подверженность износу: постоянное трение седла может привести к ухудшению производительности, требуя более частого технического обслуживания.
- Низкая эффективность дросселирования высокого давления: под давлением теряется точность и герметичность.
6.2 Высокопроизводительные поворотные дисковые затворы
6.2.1 Преимущества:
- Высокая производительность: может выдерживать средние и высокие давления (до 600 фунтов на кв. дюйм) и температуры (до 536 °F).
- Длительный срок службы: Уменьшенный износ седла и прочные материалы продлевают срок службы.
- Точность: превосходное дросселирование и отключение даже в сложных условиях.
- Универсальность: подходит для широкого спектра жидкостей и сред.
6.2.2 Недостатки:
- Более высокая стоимость: дорогие материалы и сложная конструкция увеличивают первоначальные инвестиции.
- Сложность: установка и ремонт требуют большего опыта.
- Вес: более тяжелая конструкция может усложнить модернизацию некоторых систем.
Концентрические дисковые затворы и высокопроизводительные дисковые затворы служат для перекрывающихся, но разных областей регулирования потоков жидкости. Конструкция концентрического клапана с резиновым седлом с нулевым смещением делает его практичным и доступным выбором для применения в системах с умеренными нагрузками, таких как водоснабжение, пищевая промышленность или противопожарная защита. Если производительность и устойчивость не являются компромиссом, то высокопроизводительный дисковой затвор – это решение. Для подземных установок (например, подземных трубопроводов) могут использоваться оба метода, но, как правило, более лёгкий и недорогой концентрический клапан имеет преимущество, если только экстремальные условия не требуют иного.