Kiilaporttiventtiilit vs. rinnakkaisporttiventtiilit: rakenneperiaatteet, tiivistysteho ja suunnittelun valinta

Teollisuuden putkistojärjestelmissä luistiventtiilit ovat yleisimmin käytettyjä{0}}sulkuventtiilejä. Heidän joukossaankiilasulkuventtiilitjarinnakkaiset sulkuventtiilithallitsevat markkinoita. Vaikka molemmissa käytetään nostoporttia avaamiseen ja sulkemiseen, ne eroavat olennaisesti tiivistysperiaatteiden, rakenteellisten yksityiskohtien ja sovellettavien käyttöolosuhteiden osalta.

 

Perustuu kansainväliseen venttiililehteenValve World, samoin kuinAPI 600jaISO 5208standardeja, tässä artikkelissa on -syvä tekninen analyysi kahden venttiilityypin teknisistä eroista ja käsitellään valinnassa yleisiä kysymyksiä.

 

Ydinrakenneero: kiilakulma vs. rinnakkaiset pinnat

Kiilaporttiventtiilissä on tarkkuus-koneistettu kiilan muotoinen-portti, jonka molemmilla puolilla on tiivistepinnat, jotka muodostavat kapenevan kiilarakenteen istukan tiivistepintoja vasten, tyypillisesti 2–5 asteen kiilakulmalla. Yleisiä malleja ovat joustava kiilaventtiili ja kiinteä kiilaventtiili. Joustavassa kiilassa on kiekon keskelle koneistettu rengasmainen ura, joka sallii pienen muodonmuutoksen lämpötilanvaihteluiden aikana lämpölukituksen estämiseksi.

 

Rinnakkaisluistiventtiilissä käytetään kahta erillistä rinnakkaista kiekkoa, jotka on yhdistetty jousiin tai levitysmekanismiin muodostaen yhdensuuntaisen luistiventtiilirakenteen. Sen tiivistyspinnat ovat kohtisuorassa virtausakseliin nähden ilman kiilakulmaa. Tyypillinen esimerkki on rinnakkainen kiekkosulkuventtiili kelluvilla istukkailla, jossa portti painetaan molempia istuimia vasten järjestelmän paineella tai jousen esijännityksellä.

Tiivistysmekanismin ja vuotoluokan vertailu

 

Kiilaporttiventtiilin tiivistys perustuu mekaaniseen voimaan, joka syntyy, kun portti kiilautuu istukkaan sulkemisen aikana. Kun kara työntyy alaspäin, kartiomainen kiila muuntaa aksiaalivoiman normaaliksi tiivistyskosketuspaineeksi, joka voi olla 5–10 MPa (ANSI Class 600 -luokitukset).

MukaisestiISO 5208 Rate A, joustavat kiilaventtiilit voivat saavuttaa nolla näkyvää vuotoa (<0.1 ml/min·inch) at 1.1 times the nominal pressure.

 

Erityisesti, kun väliaineen lämpötila ylittää 400 astetta, umpikiilasulkuventtiileissä voi esiintyä epäsopivia kiilakulmia rungon muodonmuutoksen vuoksi, mikä lisää vuotoa nopeuteen B (<0.5 ml/min·inch).

 

Rinnakkaissulkuventtiilien tiivistys riippuu järjestelmän keskipaineesta tai sisäänrakennetuista -jousista. Alhaisissa-paineolosuhteissa (<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.

 

Kuitenkin per testitiedot 7. painoksestaAPI 598, rinnakkaiset sulkuventtiilit sallivat tyypillisesti 10–30 ml/min/tuuman vuotonopeuden (DN100-venttiileille) matalapaineisissa ilmatesteissä 0,05–0,2 MPa:lla, mikä on suurempi kuin kiilasulkuventtiilien. Tämä johtuu siitä, että rinnakkaisilla tiivistepinnoilla ei ole mekaanista kiilavoimaa ja ne vaativat erittäin suurta istukan tasaisuutta (pinnan viimeistely 0,005 mm:iin asti).

 

Sovellettavat huoltoehdot: Lämpötila, Medium ja Huolto

Suositellut sovellukset kiilaporttiventtiileille

• Korkean -lämpötilan ja korkean -paineen höyryputket (alle 570 astetta tai yhtä suuria kuin 570 astetta, luokka 2500), kuten voimalaitosten päähöyryjärjestelmät.
• Sovellukset, jotka vaativat toistuvaa käyttöä ja nollavuotoa, esim. maakaasun siirtoputkien sulkemispalvelu-.
• Puhdista nesteet, joissa ei ole kiinteitä hiukkasia tai viskoosisia kerrostumia.

 

Tyypillisiä sovelluksia rinnakkaisille luistiventtiileille

• Väliaine, joka sisältää kiinteitä hiukkasia (esim. liete, katalyyttiliete), koska yhdensuuntaiset portit tyhjentävät virtausreitin täysin auki ollessaan. Porttien pinnat voidaan kovettaa Stellite 6 -seoksella (kovuus HRC 38–42) eroosion ja kulumisenkestävyyden vuoksi.
• Viskoosi aineet (esim. raskas öljy, asfaltti). Kiilasulkuventtiilien kiila-ontelolla on taipumus vangita väliainetta ja aiheuttaa tarttumista, kun taas rinnakkaisissa luistiventtiileissä ei ole upotettua sisäistä geometriaa.
• Putkijärjestelmät, jotka vaativat kaksisuuntaisen tiivistyksen ilman virtaussuuntarajoituksia.

 

Kiila- tai rinnakkaisventtiilien valitseminen huolto-olosuhteiden perusteella

Ydinongelma: väärä valinta johtaa sisäiseen vuotoon tai toiminnalliseen takertumiseen.

Päätöskehys

1. Lämpötilan ja paineen risti{0}}arviointiKun käyttöpaine > 4,0 MPajalämpötila > 300 astetta, joustava kiilaventtiili on edullinen. Jousen esijännitysmekanismit rinnakkaisissa luistiventtiileissä menettävät kimmoisuutensa yli 400 asteen lämpötiloissa, mikä lisää tiivisteen rikkoutumisen riskiä.
2. Keskitason puhtausanalyysiVältä kiilasulkuventtiilejä, jos kiinteiden hiukkasten halkaisija > 0,5 mm tai pitoisuus > 5 % (painosta). MukaanValve WorldVuoden 2022 tietojen mukaan hiekka-laakeroitua raakaöljyä käsittelevien kiilasulkuventtiilien keskimääräinen käyttöikä on vain 6 kuukautta, kun rinnakkaisten luistiventtiilien käyttöikä on 24 kuukautta.
3. Vuotoluokan vaatimuksetISO 5208 Rate A (nolla näkyvää vuotoa) vaatii joustavan kiilasulkuventtiilin; rinnakkaiset sulkuventtiilit ovat hyväksyttäviä, jos nopeus D (pienempi tai yhtä suuri kuin 1,5 ml/min·tuumaa) on sallittu.

Vuotonopeuden ja käyttöiän määrälliset erot

Ydinongelma: pitkän aikavälin-käyttökustannusten ja turvallisuustason vertailu.

Testitiedot

• Tiivisteparin kulumistesti: 500 auki-sulkemisjaksoa per MSS SP-91. Kiilaluistiventtiileissä (pesä on kovapintainen Co-pohjaisella metalliseoksella, kovuus HRC 35–40) puhtaassa vedessä osoittaa vuotoa, joka kasvaa alkuperäisestä määrästä A arvoon B, kulumissyvyyden ollessa noin 0,03 mm. kulumissyvyys on 0,08–0,12 mm samojen jaksojen jälkeen, mikä johtuu 15 % pidemmästä liukuliikkeestä portin ja istuimen välillä. Esijännitys voidaan kuitenkin palauttaa vaihtamalla jousikokoonpanot, mikä vähentää ylläpitokustannuksia.
• Kentän suorituskyky:Jalostamon viivästetty koksausyksikkö (väliaine, joka sisältää koksihiukkasia) korvasi DN150-kiilaventtiilit rinnakkaisilla luistiventtiileillä, mikä pidensi vikojen välistä keskimääräistä aikaa 8 kuukaudesta 28 kuukauteen. Joustava kiilaventtiili ydinvoimalaitoksen syöttövesijärjestelmässä (demineralisoitu vesi, 260 astetta) toimi ilman jatkuvaa näkyvää vuotoa 5 vuotta.

 

Johtopäätös

Olennainen ero kiila- ja rinnakkaisten luistiventtiilien välillä on tiivistysvoiman lähteessä ja portin geometriassa. Suippeneva kiilarakenne tarjoaa erinomaisen matalan-paineen tiivistyksen ja lämpökiertokestävyyden, mikä tekee siitä sopivan korkean-lämpötilojen ja korkeapaineisten-väliaineiden käsittelyyn. Rinnakkaisluistiventtiili, joka perustuu paine--voimalla tai jousiavusteiseen-tiivistykseen, tarjoaa erinomaisen käyttöiän väliaineissa, joissa on hiukkasia, viskoosia nestettä ja usein pyöräileviä sovelluksia.

 

Valinnan tulee perustua kattavaan paineluokan (ANSI Class 150–2500), lämpötila-alueen (-29 astetta ~ 570 astetta) ja vuotostandardien (API 598 tai ISO 5208) arviointiin.