Sự phát triển của-Van bi bao trùm

Thiết kế nhỏ gọn, sử dụng đơn giản, dễ sửa chữa và khả năng hoạt động rộng rãi đã giúp van bi trở thành thiết kế chiếm ưu thế trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại.

Việc phát minh ra van bi đã được chứng minh là một bước phát triển mang tính cách mạng cho ngành van, cung cấp nhiều giải pháp độc đáo đáp ứng các yêu cầu kiểm soát dòng chảy hiện đại. Nhưng ứng dụng thành công của nó không được thể hiện ngay lập tức.

Thời kỳ đầu của van bi, tài sản và giá trị hiện tại của nó chưa được hiện thực hóa. Việc thiếu công nghệ gia công để tạo ra một quả bóng tròn thực sự không tồn tại. Và vật liệu bịt kín thời đó, liên quan đến việc sử dụng cao su tự nhiên, rất hạn chế và khiến van bi không thể được áp dụng cho bất kỳ mục đích sử dụng công nghiệp quan trọng nào.

Trong Thế chiến thứ hai và những năm 1950, công nghệ gia công được phát triển cho nỗ lực chiến tranh đã cho phép những ưu điểm vốn có của van bi được đưa vào sử dụng trong quân sự. Sự phát triển của các vật liệu tổng hợp như polytetrafluoroethylene (PTFE), thường được biết đến với tên thương hiệu Teflon, đã mở đường cho các ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp.

Ngày nay, van bi được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng để kiểm soát dòng chảy của chất lỏng, khí và thậm chí cả chất rắn. Các ứng dụng này có nhiệt độ dao động từ -450 độ F (-267 độ) đến hơn 1600 độ F (871 độ). Áp suất có thể dao động từ chân không hoàn toàn đến vượt quá 20.000 psi.

Thiết kế van bi

Các bộ phận chính của van bi là thân, bi, mặt ngồi và thân van. Những thành phần này có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau. Van bi được cung cấp với nhiều kết nối cuối, bao gồm mặt bích, ren, đầu hàn và wafer, cũng như các kết nối cuối chuyên dụng.

Khái niệm cơ bản

Thiết kế van bi thuộc loại van-xoay một phần tư, bao gồm cả van phích cắm và van bướm. Loại vòng quay một phần tư này có nghĩa là thân van được quay 90 độ để vận hành.

Thiết kế phổ biến nhất trong số này là thiết kế nổi và thiết kế gắn trên trục{0}}. Chúng thường có-hai hướng trong việc bịt kín và có thể được định hướng theo bất kỳ vị trí hoặc hướng nào để mở và đóng.

Một số ưu điểm cơ bản mà loại van bi này có được so với các thiết kế khác bao gồm:

cổng đầy đủ để mang lại-hiệu quả luồng cao

mô-men xoắn thấp hơn

phạm vi áp suất và nhiệt độ rộng hơn

khả năng chu kỳ cao

con dấu gốc cao cấp

chữa cháy-an toàn

chi phí thấp hơn để tự động hóa.

Thiết kế bóng nổi ban đầu nén bóng giữa các ghế mềm khi lắp van. Điều này buộc vật liệu làm ghế chảy-lạnh vào các lỗ của quả bóng, tạo ra chân không và bịt kín-áp suất thấp. Ở vị trí đóng, áp lực đường đẩy quả bóng vào ghế hạ lưu. Điều này giúp ngăn chặn chặt chẽ thiết kế áp suất và nhiệt độ của ghế.

Thiết kế nổi phổ biến nhất ở phạm vi kích thước từ 1/4 đến 12 inch, mặc dù một số nhà sản xuất cung cấp kích thước lên tới 18 inch. Kích thước van bi nổi bị giới hạn bởi kích thước và trọng lượng của quả bóng cũng như bởi mô-men xoắn cần thiết để xoay nó khi kích thước tăng lên.

Các thiết kế được gắn trên Trunnion-hoạt động hoàn toàn ngược lại với thiết kế nổi. Trong thiết kế trục, quả bóng không thể nổi mà được định vị cố định bằng thân ở phía trên và một trục hoặc trục, sử dụng vòng bi ở phía dưới. Ghế được nén vào quả bóng bằng lò xo hoặc các lò xo để tạo ra lớp đệm áp suất thấp ban đầu.

Các đế van trục được thiết kế với các vòng đệm để được cấp năng lượng-với áp suất ngày càng tăng buộc bệ van ngược dòng vào quả bóng cứng hơn. Điều này giúp ngăn chặn chặt chẽ thiết kế áp suất và nhiệt độ của ghế.

Các thiết kế Trunnion thường tiếp quản ứng dụng thiết kế quả bóng nổi và có thể tìm thấy ở phạm vi kích thước từ 3-72 inch. Ưu điểm của thiết kế van này trở nên rõ ràng khi kích thước van tăng lên.

Trọng lượng của quả bóng và mô-men xoắn vận hành không phải là yếu tố vì các chỗ ngồi trong van trục không hỗ trợ quả bóng. Điều này có nghĩa là các ghế van trục có thể chuyên bịt kín quả bóng, cho phép các van lớn hơn nhiều với khả năng truyền động nhỏ hơn có thể được chế tạo trong bất kỳ loại thiết kế nổi nào.

Thân hình

Thân van bi có thể được đúc, rèn hoặc gia công từ mọi kim loại có thể tưởng tượng được. Điều này là do thiết kế đơn giản và nhỏ gọn của van bi. Các kim loại có thể áp dụng bao gồm:

Kim loại màu-, chẳng hạn như đồng thau, đồng thau và nhôm

Kim loại gốc sắt-, bao gồm sắt, thép cacbon và thép không gỉ

Kim loại gốc niken-, bao gồm Hastelloy, Inconel và niken

Kim loại phản ứng, bao gồm titan, tantalum và zirconi.

Van bi cũng được làm bằng nhiều loại nhựa và polyme, bao gồm PVC, polyetylen và polypropylen. Van bi cũng có thể được lót bằng polyme và nhựa, và có thể được làm từ hoặc lót bằng gốm như alumina và zirconia.

Thiết kế cơ bản của thân van ở Hoa Kỳ đáp ứng tiêu chuẩn hướng dẫn B16.34 của ASME (Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ). Các tiêu chuẩn này xác định độ dày thành, mức ứng suất và các thông số khác kết hợp với mối quan hệ nhiệt độ-áp suất đối với hầu hết các hợp kim sắt.

Nguyên tắc B16.10 cũng chỉ định kích thước có thể chấp nhận được của nhiều loại van, chẳng hạn như các tiêu chuẩn-cụ thể của ngành như tiêu chuẩn 6D của API (Viện Dầu khí Hoa Kỳ) cho van đường ống và API 608, "Van bi kim loại-Có mặt bích, có ren và đầu hàn". Các thông số kỹ thuật này kiểm soát kích thước, vật liệu và ứng dụng để đảm bảo thiết kế van luôn nhất quán giữa các nhà sản xuất và an toàn cho ứng dụng dự kiến.

Van bi trong dịch vụ nhà máy nước được đáp ứng theo tiêu chuẩn AWWA (Hiệp hội công trình nước Hoa Kỳ), C507-18, "Van bi, 6 in. Qua 60 in. (150mm đến 1500 mm)."

Nhiều quốc gia khác có tiêu chuẩn quốc gia và một số tổ chức cũng xây dựng tiêu chuẩn quốc tế. Các nhà sản xuất van muốn thâm nhập thị trường toàn cầu phải tuân thủ các tiêu chuẩn ISO (Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế), PED (Chỉ thị về Thiết bị Áp lực của Ủy ban Châu Âu), CE (PED) và ATEX (Bureau Veritas), cùng nhiều tiêu chuẩn khác hiện có, chẳng hạn như ở Trung Quốc và Nga. Việc đáp ứng các tiêu chuẩn này đã trở thành một yêu cầu bắt buộc trong thương mại với Liên minh Châu Âu, cũng như các tiêu chuẩn JIS dành cho Nhật Bản và các yêu cầu tương tự ở những nơi khác.

Các thông số kỹ thuật phổ biến khác để đánh giá van bi bao gồm WOG (nước/dầu/khí), CWP (áp suất làm việc lạnh) và WSP (áp suất hơi làm việc). Những xếp hạng này hạn chế hơn và thường được thiết lập bởi từng nhà sản xuất. Tất cả các thông số kỹ thuật này sẽ thiết lập đường cong áp suất/nhiệt độ cho thiết kế van, làm giảm mức áp suất khi nhiệt độ tăng.

Thiết kế thân xe được chia thành bốn cấu hình cơ bản:

Ba mảnh-Đu ra. Thân van được thiết kế thành ba mảnh với khả năng dễ dàng xoay phần thân giữa ra khỏi dây chuyền để sửa chữa mà không cần phải tháo toàn bộ van. Điều này rất hữu ích khi các van được luồn hoặc hàn vào đường ống.

Kết thúc mục nhập. Thiết kế này sử dụng thiết kế một-một mảnh hoặc nguyên khối. Tất cả các bộ phận bên trong được lắp ráp vào van thông qua đầu cuối, nơi lắp phích cắm cuối để giữ các bộ phận. Thiết kế này loại bỏ mọi hình thức bịt kín trên thân hoặc nắp ca-pô, loại bỏ đường rò rỉ tiềm ẩn.

Chia Thân. Thiết kế này (Hình 5), đúng như tên gọi của nó, chia thân thành hai nửa và cho phép lắp ráp dễ dàng và ít miếng đệm thân hơn so với thiết kế ba{2}}.

Thiết kế thân chia đôi này đặc biệt thuận lợi khi kích thước van lớn, giúp việc lắp ráp các bộ phận lớn trở nên dễ dàng hơn.

Mục nhập hàng đầu. Thiết kế mục trên cùng sử dụng phần thân một-như phần cuối, ngoại trừ phần thân phía trên lộ ra để lắp ráp các bộ phận bên trong. Sau đó, một nắp ca-pô được bắt vít trên đầu van, giúp cho thiết kế này có thể sửa chữa được-theo đường thẳng, tương tự như thiết kế ba{4}}mảnh. Các thiết kế đầu vào phổ biến nhất là duy nhất cho các thiết kế van bi, vì quả bóng và ghế nổi và hoạt động đồng thời và trên một hình côn bên trong thân, không giống như các thiết kế khác.

Quả bóng

Yếu tố kiểm soát dòng chảy của van bi tất nhiên là quả bóng. Quả bóng tác dụng lên ghế và có thể dừng hoặc điều khiển dòng chảy qua van. Các quả bóng được thiết kế và sản xuất để đạt được dung sai chính xác về độ hoàn thiện bề mặt và độ cầu hoặc độ tròn. Cả bi và đệm đều rất quan trọng để vận hành trơn tru, giảm mô-men xoắn và hiệu suất bịt kín tốt, đặc biệt khi cần có đệm kim loại và đệm kín từ kim loại-đến-kim loại. Cấu hình cổng bi có thể khác nhau từ kiểu thẳng và xuyên qua-lỗ tiêu chuẩn đến kiểu nhiều-cổng dành cho van bi có thiết kế cổng ba- đến năm{9}}đường. Trong khi hầu hết các thiết kế van bi sử dụng một quả cầu hình cầu đầy đủ, thì cũng có những thiết kế sử dụng một nửa quả bóng (sector) và những thiết kế sử dụng hành động cam để ép quả bóng vào ghế.

Các quả bóng được sử dụng trong van được gia công từ nhiều vật liệu, bao gồm kim loại, gốm hoặc nhựa. Các quả bóng kim loại có thể được tăng cường bằng nhiều loại lớp phủ hoặc xử lý bề mặt. Chúng được sử dụng để cải thiện khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn hoặc độ cứng cao nhằm ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn, đây là trường hợp mà kim loại cơ bản không giữ được.

Các cải tiến bề mặt có thể bao gồm polyme, phun lửa, niken điện phân, lớp phủ PVD và các quá trình khuếch tán như ứng dụng nitrit và boride. Những cải tiến này là lý do chính cho việc ứng dụng thành công van bi trong nhiều ứng dụng khác nhau mà chúng hiện đang được sử dụng.

Chỗ ngồi

Việc cải tiến thiết kế và công nghệ ghế đã cho phép van bi mở rộng thành nhiều ứng dụng. Những ghế này có thể cung cấp nhiều chức năng, tùy thuộc vào thiết kế van và vật liệu ghế.

Chúng cần cung cấp khả năng ngắt chặt chẽ trong trường hợp vật liệu đàn hồi, cũng như hỗ trợ bóng trong các thiết kế bóng nổi, chống lại dịch vụ và mang lại vòng đời tốt. Ghế cũng có thể kết hợp các cổng đặc trưng cho mục đích kiểm soát dòng chảy.

Thiết kế ghế mềm thường được gọi là thiết kế "kẹt" cung cấp khả năng tiếp xúc toàn bộ-mặt khi lắp ráp hoặc là thiết kế môi linh hoạt giúp giảm tiếp xúc với mặt để có mô-men xoắn thấp hơn và cải thiện tuổi thọ chu trình.

Các thiết kế thân xe khác nhau sẽ sử dụng những biến thể này hoặc các biến thể của thiết kế ghế mềm cơ bản. Nhiều thiết kế của nhà sản xuất cũng cung cấp một số hình thức giảm áp suất khoang, ngăn ngừa hư hỏng mặt tựa và van trong trường hợp áp suất khoang bị kẹt từ môi trường bị kẹt trong van đóng.

Vật liệu ghế mềm được sử dụng ngày nay bao gồm, nhưng không giới hạn ở:

Cao su, bao gồm cao su tổng hợp và Buna

Fluoropolyme, bao gồm PTFE, TFM, PBI và PFA

UHMWPE (polyethylene có trọng lượng phân tử cực cao)

PEEK (polyether ether ketone)

Delrin

Nylon

Thiết kế đế kim loại được sử dụng trong van bi để xử lý các ứng dụng khắc nghiệt nhất, bao gồm áp suất cao, nhiệt độ cao, độ mài mòn và kiểm soát dòng chảy.

Có nhiều thiết kế ghế kim loại đang được sử dụng, trong đó phổ biến nhất là kết hợp ghế bằng kim loại nguyên khối, được làm cứng hoặc phủ bề mặt và đặt vào một quả bóng đã được làm cứng tương tự. Điều này làm cho quả bóng và bề mặt ghế khớp với nhau để tạo ra độ kín tốt.

Các thiết kế khác bao gồm kim loại thiêu kết được tẩm than chì hoặc PTFE, và thậm chí một số thiết kế linh hoạt. Các mặt tựa đàn hồi bắt buộc phải có độ kín-bong bóng, tuy nhiên hầu hết các van có mặt tựa bằng kim loại đều cho phép một số rò rỉ theo tỷ lệ thông số kỹ thuật rò rỉ của van bi có mặt tựa bằng kim loại-. Thông số kỹ thuật phổ biến nhất trong số này là MSS-SP-61 và API 598. Các thông số kỹ thuật khác thường được áp dụng cho van bi tựa kim loại bao gồm tiêu chuẩn FCI 70.2 và API.

Hầu hết các thiết kế bóng nổi, có chỗ ngồi bằng kim loại đều sử dụng lò xo và/hoặc vòng đệm để nén ghế vào quả bóng và bịt kín mặt sau của ghế để giảm áp suất. Quả bóng nổi lên phía hạ lưu của ghế khi áp suất tăng lên, cung cấp khả năng ngắt thiết kế áp suất và nhiệt độ của ghế, tương tự như hoạt động của phiên bản ghế mềm.

Trong các thiết kế trục, lò xo và thường một số vòng đệm được sử dụng để thu áp suất đường dây, buộc các ghế dựa vào quả bóng cứng hơn khi áp suất tăng. Một số nhà sản xuất thậm chí còn gia công bề mặt tựa vào thân van, loại bỏ lò xo và vòng đệm theo một hướng. Tuy nhiên, điều này thường dẫn đến hoạt động của van một chiều.

Thân cây

Thân van bi dùng để xoay bi sang vị trí mở hoặc đóng hoặc đến vị trí trung gian để điều khiển dòng chảy. Vật liệu được xem xét làm thân cây không chỉ chịu được áp lực của thân cây, quả bóng hoặc ghế ngồi. Chúng phải chống lại sự ăn mòn và nhiệt độ của quá trình trong khi vẫn giữ đủ độ bền để chịu được mô-men xoắn tác dụng lên chúng khi van hoạt động. Vì lý do này, vật liệu có độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn-thường được chọn để sản xuất thân cây.

Vì thân là phần kết nối với quả bóng nên nó phải đi qua thân để có thể vận hành từ bên ngoài. Điều này đòi hỏi thân van phải có đệm kín để ngăn môi trường trong van thoát ra ngoài. Các vòng đệm phải bịt kín bong bóng-, chịu được sự ăn mòn và nhiệt độ của chất lỏng, đồng thời mang lại vòng đời tốt.

Vật liệu làm kín thân điển hình bao gồm các polyme như PTFE và PEEK. Để có nhiệt độ cao hơn hoặc an toàn cháy nổ, các con dấu thân bằng than chì thường được sử dụng. Những vật liệu này vẫn linh hoạt trong phạm vi nhiệt độ rộng và có khả năng kháng hóa chất. Trong các van bịt kín chống cháy, các vòng đệm phải chịu được hỏa hoạn mà không bị rò rỉ.

Các thiết kế van quay một phần tư{0}}như van bi có vòng đệm thân-hoạt động tốt nhất. Điều này là do thân chuyển động theo chuyển động quay trái ngược với chuyển động của thân tăng lên được tìm thấy trong van cổng và van cầu. Với các mối quan tâm và quy định về môi trường ngày nay, hiệu suất của vòng đệm gốc đóng vai trò quan trọng đối với các nhà sản xuất van và{4}}người dùng cuối.

Thiết kế vòng đệm thân thuộc hai loại cơ bản: vòng đệm-được cấp năng lượng cho thân và vòng đệm được cấp năng lượng cho-thân. Những thiết kế này sử dụng nhiều loại con dấu khác nhau, trong đó phổ biến nhất là vòng phẳng, chữ V, cốc và hình nón và các bộ phận nguyên khối.

Thân cây được tiếp thêm sinh lực.Trong thiết kế này thường có nhiều vòng đệm. Một số trong số này nằm bên trong ranh giới áp suất của thân van và trở thành vòng đệm chính, còn một số khác nằm ngoài ranh giới áp suất trong cái được gọi là hộp "đóng gói" hoặc "nhồi".

Các vòng đệm này được nén hoặc cung cấp năng lượng thông qua hành động kéo thân lên bằng đai ốc thân, đồng thời nén các vòng đệm phía trên bằng bộ phận đóng gói. Hầu hết các thiết kế này đều kết hợp lò xo Belleville để chịu tải trực tiếp cho các vòng đệm. Điều này làm cho cụm phốt trục-tự điều chỉnh và bù nhiệt độ, cho phép vòng đời dài hơn trước khi cần điều chỉnh lại.

Cơ thể tràn đầy năng lượng.Trong thiết kế này, việc bịt kín được thực hiện trên ranh giới áp suất trong hộp nhồi, lại sử dụng một hoặc nhiều vòng đệm. Một số nhà sản xuất có thể sử dụng ổ đỡ lực đẩy trên thân dưới ranh giới áp suất, nhưng thực tế không thực hiện việc bịt kín ở đó.

Những con dấu này được tải bằng cách sử dụng một "ách" hoặc "tấm tuyến", nén các con dấu trong hộp nhồi bằng các bu lông ren vào thân. Thiết kế thường sử dụng nhiều lò xo Belleville trên các bu lông để "tải trực tiếp" lại tấm đệm, làm cho vòng đệm trục có thể tự điều chỉnh.

Ưu điểm của thiết kế này là thân có thể nổi tự do trong vòng đệm, giảm mô-men xoắn và tăng tuổi thọ của vòng đệm. Thiết kế này cũng cho phép kết hợp các thiết kế "phát thải tạm thời", sử dụng nhiều bộ vòng đệm, tạo ra các vòng đệm bổ sung hoặc dự phòng cho các ứng dụng có-độc hại và chu trình cao.

Ứng dụng

Với thiết kế và vật liệu tiên tiến được cung cấp trong van bi hiện đại, chúng được sử dụng trong nhiều dịch vụ và ngành công nghiệp. Thành công trong các ứng dụng này phụ thuộc vào đặc điểm kỹ thuật chính xác của tất cả các thiết kế và thành phần này như đã thảo luận.

Thiết kế bóng không giới hạn ở dịch vụ bật/tắt. Chúng có thể được sử dụng để chuyển hướng, kiểm soát hoặc trộn lẫn các dòng chảy. Các chức năng khác nhau có thể được thực hiện bằng cách có nhiều cổng để chuyển hướng và trộn hoặc bằng cách có một cổng đặc trưng, ​​chẳng hạn như cổng V{2}}, để kiểm soát luồng.

Việc sử dụng van bi điều khiển theo một quý{0}}đang trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng điều khiển lưu lượng giảm áp suất vừa phải. Điều này là do lợi thế của quy trình là chi phí thấp hơn, khả năng ngắt chặt chẽ và độ chính xác cao khi kết hợp với các điều khiển kỹ thuật số về truyền động điện và khí nén.

Ngoài ra còn có các thiết kế van bi đặc biệt dành cho các ứng dụng độc đáo. Chúng có thể bao gồm các van dành cho dịch vụ đông lạnh phải xử lý nhiệt độ cực thấp và van dành cho hơi nước áp suất cao-phải xử lý nhiệt độ và áp suất cực cao.

Các ứng dụng van bi khác bao gồm việc sử dụng chúng trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, hàng không vũ trụ, hạt nhân, công nghệ sinh học và bột giấy và giấy. Các ứng dụng mà chúng được sử dụng bao gồm axit và hóa chất, bùn, chất lỏng nhiệt, hơi nước và chất đông lạnh.

Phần kết luận

Thiết kế nhỏ gọn, sử dụng đơn giản, dễ sửa chữa và khả năng hoạt động rộng rãi đã giúp van bi trở thành thiết kế chiếm ưu thế trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại. Và van bi tiếp tục phát triển để đáp ứng những nhu cầu mới và khó khăn hơn.

Ngành công nghiệp ngày càng chú trọng hơn đến an toàn, môi trường, nâng cao hiệu quả và giảm chi phí. Vì vậy, tài sản của van bi sẽ tiếp tục khiến nó trở thành một công ty quan trọng với nhiều vai trò trong tương lai.