Kiilväravventiilid vs. paralleelsed ventiilid: ehituspõhimõtted, tihendusomadused ja tehniline valik

Tööstuslikes torustikesüsteemides on siibrid ühed kõige laialdasemalt kasutatavad-sulgventiilid. Nende hulgaskiilvärava ventiilidjaparalleelsed väravaventiilidturgu domineerima. Kuigi mõlemad kasutavad avamiseks ja sulgemiseks tõsteväravat, erinevad need põhimõtteliselt tihenduspõhimõtete, konstruktsioonidetailide ja kohaldatavate kasutustingimuste poolest.

 

Põhineb rahvusvahelisel klapiajakirjalKlapimaailm, samutiAPI 600jaISO 5208See artikkel sisaldab kahe klapitüübi tehniliste erinevuste põhjalikku-tehnilist analüüsi ja käsitleb valikuga seotud levinumaid küsimusi.

 

Põhilised struktuurierinevused: kiilunurk vs paralleelsed tahud

Kiilväraval ventiilil on täppis-töödeldud kiilu-kujuline värav, mille mõlemal küljel on tihenduspinnad, mis moodustavad kitseneva kiilstruktuuri vastu istme tihenduspindu, tavaliselt 2-5 kraadise kiilunurgaga. Levinud konstruktsioonide hulka kuuluvad painduv kiilventiil ja tahke kiilventiil. Painduval kiilul on ketta keskele töödeldud rõngakujuline soon, mis võimaldab temperatuurikõikumiste ajal kerget deformatsiooni, et vältida termilist lukustumist.

 

Paralleelventiilis kasutatakse kahte eraldi paralleelset ketast, mis on ühendatud vedrude või jaotusmehhanismiga, moodustades paralleelse liugventiili struktuuri. Selle tihenduspinnad on vooluteljega risti, ilma kiilunurgata. Tüüpiline näide on ujuvpesadega paralleelne ketasväravventiil, kus värav surutakse süsteemi rõhu või vedru eelpinge abil vastu mõlemat istet.

Tihendusmehhanismi ja lekkeklasside võrdlus

 

Kiilventiili tihendamine tugineb mehaanilisele jõule, mis tekib siis, kui värav sulgumise ajal istmesse kiilub. Kui vars surub alla, muudab kitsenev kiil aksiaaljõu tavaliseks tihenduskontakti rõhuks, mis võib ulatuda 5–10 MPa-ni (ANSI klassi 600 hinnangute puhul).

KooskõlasISO 5208 määr A, painduvad kiilventiilid võivad saavutada nulli nähtava lekke (<0.1 ml/min·inch) at 1.1 times the nominal pressure.

 

Eelkõige, kui keskmise temperatuuri temperatuur ületab 400 kraadi, võivad tahke kiiluga siibri ventiilid kere deformatsiooni tõttu kogeda sobimatud kiilunurgad, mis suurendab leket kiiruseni B (<0.5 ml/min·inch).

 

Paralleelsete tõmbeventiilide tihendus sõltub süsteemi keskmisest rõhust või sisseehitatud{0}}vedrudest. Madala-rõhu tingimustes (<1.0 MPa), spring preload provides initial sealing; at high pressure, upstream medium pressure pushes the floating gate against the downstream seat to achieve pressure-energized sealing.

 

Kuid iga testi andmed 7. väljaandestAPI 598, võimaldavad paralleelsed tõmbeventiilid tavaliselt lekkekiirust 10–30 ml/min/tolli kohta (DN100 ventiilide puhul) madala rõhuga õhukatsetes 0,05–0,2 MPa juures, mis on suurem kui kiilventiilide puhul. Selle põhjuseks on asjaolu, et paralleelsetel tihenduspindadel puudub mehaaniline kiilumisjõud ja need nõuavad väga suurt istme tasasust (pinnaviimistlus kuni 0,005 mm).

 

Kohaldatavad teenindustingimused: temperatuur, keskmine ja hooldus

Eelistatud rakendused kiilväravate ventiilide jaoks

• Kõrge{0}}temperatuuri ja kõrgsurve{1}}aurutorustik (vähem kui 570 kraadi või sellega võrdne, klass 2500), nt elektrijaamade peamised aurusüsteemid.
• Rakendused, mis nõuavad sagedast töötamist ja leketeta, nt maagaasi ülekandetorustike-sulgemisteenus.
• Puhastage vedelikud, mis ei sisalda tahkeid osakesi ega viskoosseid sadestusi.

 

Paralleelvärava klapi tüüpilised rakendused

• Tahkeid osakesi sisaldav sööde (nt läga, katalüsaatoripulber), kuna paralleelsed väravad vabastavad voolutee täielikult avatuna. Väravate pindu saab erosiooni- ja kulumiskindluse tagamiseks kõvastada Stellite 6 sulamiga (kõvadus HRC 38–42).
• Viskoossed ained (nt raske õli, asfalt). Kiilventiilide kiiluõõnsus kipub keskkonda kinni püüdma ja kleepuma, samas kui paralleelsetel liugventiilidel puudub süvistatud sisegeomeetria.
• Torusüsteemid, mis nõuavad kahesuunalist{0}tihendust ilma voolusuunapiiranguteta.

 

Kuidas valida kiil- või paralleelväravaid ventiilid vastavalt teenindustingimustele

Põhiprobleem: vale valik põhjustab sisemise lekke või kleepumise.

Otsuste raamistik

1. Temperatuuri ja rõhu rist-hindamineKui töörõhk > 4,0 MPajatemperatuur > 300 kraadi, eelistatakse painduvat kiiluventiili. Paralleelsete ventiilide vedru eelpingutusmehhanismid kaotavad elastsuse temperatuuril üle 400 kraadi, suurendades tihendi rikke ohtu.
2. Keskmise puhtuse analüüsVältige kiilventiile, kui tahkete osakeste läbimõõt on > 0,5 mm või kontsentratsioon > 5% (massi järgi). VastavaltKlapimaailm2022. aasta andmetel on liiva-toornafta kandvate kiilventiilide keskmine kasutusiga vaid 6 kuud, paralleelsete ventiilide puhul 24 kuud.
3. Lekkeklassi nõudedISO 5208 Rate A (nähtav leke null) nõuab painduvat kiilventiili; paralleelsed siibrid on vastuvõetavad, kui kiirus D (väiksem või võrdne 1,5 ml/min·tolli) on lubatud.

Lekkemäära ja kasutusea kvantitatiivsed erinevused

Põhiprobleem: pikaajaliste{0}}kasutuskulude ja ohutusnäitajate võrdlus.

Testi andmed

• Tihenduspaari kulumise test: 500 avamis-sulgemistsüklit MSS SP-91. Kiilväravventiilid (pesa kõvakattega Co-põhise sulamiga, kõvadus HRC 35–40) näitavad puhtas vees leket, mis suureneb esialgsest kiirusest A kiiruseni B, kulumissügavusega ligikaudu 0,03 mm. nende kulumissügavus on pärast samu tsükleid 0,08–0,12 mm tänu 15% pikemale libisemiskäigule värava ja istme vahel. Eelkoormust saab aga taastada vedrusõlmede väljavahetamisega, mille tulemuseks on madalamad hoolduskulud.
• Välja jõudlus:Rafineerimistehases asuv viivitusega koksiseade (söödet, mis sisaldab koksiosakesi) asendas DN150 kiilventiilid paralleelsete liugventiilidega, pikendades rikete vahelist keskmist aega 8 kuult 28 kuuni. Tuumaelektrijaama toiteveesüsteemis (demineraliseeritud vesi, 260 kraadi) töötav painduv kiilventiil, mis töötas 5 aastat ilma nähtava pideva lekketa.

 

Järeldus

Põhiline erinevus kiil- ja paralleelventiilide vahel seisneb tihendusjõu allikas ja värava geomeetrias. Kitsenev kiilustruktuur tagab suurepärase madala-survetiheduse ja termilise tsüklikindluse, mistõttu sobib see kõrgel-temperatuuril ja kõrgsurvel{3}}puhastavale kandjale. Rõhu{5}}pingega või vedruga-tihendusel põhinev paralleelne liugventiil pakub suurepärast kasutusiga osakeste, viskoossete vedelike ja sagedaste tsüklirakenduste korral.

 

Valik peaks põhinema rõhuklassi (ANSI klass 150–2500), temperatuurivahemiku (-29 kuni 570 kraadi) ja lekkestandardite (API 598 või ISO 5208) põhjalikul hinnangul.