Клапани воріт, продукт промислової революції, довгий час займали домінуючу позицію в галузі, незважаючи на історичну присутність багатьох інших клапанів, таких як прохідні та пробкові клапани. Проте, в останні роки, засувки зіткнулися з посиленням конкуренції з боку кульових кранів і поворотних клапанів, які захопили більшу частку ринку.
На відміну від кульові крани, пробкові вентилі, і поворотні клапани, засувки мають унікальний механізм закриття. Елемент закриття, ворота або диск, рухається лінійно шляхом багаторазового обертання штока або шпинделя. Він піднімається від шляху і входить у верхівку клапана (називається капот). Ці клапани, відкриття лінійно, також відомі як багатооборотні або лінійні клапани, відрізняється від чвертьобертових клапанів, де шток обертається 90 ступінь, зазвичай без підйому.
Засувки виготовляються з різних матеріалів і мають різний тиск, з розмірами в діапазоні від найменших як NPS ½ дюйма до таких великих як NPS 144 дюймів, для широкого спектру застосувань. Переважна конструкція засувок складається з компонентів, виготовлених шляхом лиття, кування, або зварювання, з домінуючим дизайном лиття.
Одним із важливих аспектів засувок є їх здатність повністю відкриватися, практично не створюючи перешкод або тертя на шляху потоку. Опір потоку, який пропонують повністю відкриті засувки, приблизно еквівалентний ділянці трубопроводу з таким самим розміром порту. Отже, засувки все ще широко використовуються в запірних або вмикаючих системах. У деякій клапанній термінології, засувки також називаються засувками.
Проте, засувки можуть бути не найкращим вибором для регулювання потоку або роботи в будь-якому напрямку, крім повністю відкритого або повністю закритого. Використання частково відкритих засувок для дроселювання або регулювання потоку може призвести до пошкодження засувки або кільця сідла клапана через зіткнення в турбулентному середовищі потоку, що створюється, коли частково відкриті засувки.
Внутрішні конструкції засувки
Тоді як більшість засувок можуть виглядати схожими на вигляд, їх внутрішній дизайн може відрізнятися. Більшість засувок складаються з корпусу та кришки, з капотом, що містить закриваючий елемент, який називається воротами або дисками. Закриваючий елемент з'єднаний зі штоком, що проходить через капот, остаточно підключений до маховичка або іншого приводного пристрою для роботи штока. Тиск навколо штока обмежується сальником, стиснутим у сальнику або камері.
Внутрішні елементи засувки, не пов’язані з тонкістю або посадкою клапана, відносяться до компонентів усередині клапана, які витримують значні навантаження або піддаються сильній ерозії та корозії. У засувках, внутрішні органи складаються зі стебла, площа сидіння диска, сидіння тіла, і заднє сидіння. Звичайні бронзові або латунні клапани зазвичай мають внутрішні елементи, виготовлені з того самого матеріалу, що й корпус і кришка. У кранах з чавуну та ковкого чавуну використовуються внутрішні частини з суцільного чавуну або бронзи.
Сталеві клапани можуть бути оснащені внутрішніми матеріалами з різних матеріалів, в тому числі сплав вольфрам хром кобальт, Сплав Хастеллой, 316ss, 347ss, Монель сплав, і сплаву 20, зазвичай використовується для внутрішніх частин засувки.
Конструкція диска засувки
Серцевиною засувок є запірний елемент, який поставляється в двох дизайнах: клиноподібне та паралельне сідло диска. Клиновий дизайн, популярна з моменту винаходу британським інженером Джеймсом Несмітом 1843, використовує ворота з злегка нахиленим кутом, який відповідає куту сидіння тіла для щільного закриття. Клинові клапани міцно закріплюють затвор у сідлі, прикладаючи крутний момент.
Існує три види конструкції клинових воріт:
- Суцільний клин, найдавніший і історично поширений, був майже універсальним в один момент. Проте, йому не вистачає гнучкості та може застрягти в сідлі через екстремальні коливання температури або напруги в трубі, що спричиняє деформацію. Суцільні клинові ворота залишаються стандартними конфігураціями для бронзи, чавун, водопостачання, і компактні клапани з вуглецевої сталі (API 602 типу).
- Повністю гнучкий клин надзвичайно гнучкий, адаптація до температурних змін і несприятливих навантажень труб без обмежень шляхом додавання канавок або прорізів по її периферії. Гнучкі конструкції легше виготовляти, компенсація незначних недоліків поверхні сидіння за допомогою гнучкості воріт. На сьогоднішній день, гнучкі клинові конструкції є найпоширенішим типом промислових засувок.
- Розрізний клин складається з конструкції з двох частин, із відповідними обличчями на задній частині кожних воріт. Ці відповідні грані дозволяють рівномірно передавати тягу штока вниз до поверхні воріт і сидіння. Ця гнучка конструкція також запобігає перешкодам, викликаним тепловим розширенням. Проте, роздільні конструкції мають мінус: у брудних програмах, залишки або сміття можуть утворитися між половинками, викликаючи зміщення або навіть блокування. Роздільні клинові конструкції поширені в клапанах з нержавіючої сталі та високолегованих клапанів, а також багато маленьких бронзових клапанів.
Клинові шибери направляються пазами або ребрами, відлитими або привареними до корпусу клапана та спрямованими сідлом. Ці клинові напрямні пристрої зберігають вирівнювання під час відкриття або закриття, запобігання ковзанню на нижньому сидінні під час цих процесів.
Інший стиль диска для засувок - це паралельна конструкція сідла диска. Паралельні сидіння можуть встановлювати пружини для більш щільного ущільнення або утворювати надійне ущільнення в напрямку догори. Паралельне сидіння – це позиційне сидіння; положення воріт визначає ефект ущільнення, а не величина сили (крутний момент) наноситься стеблом на ворота.
Дизайн кузова/капота
Засувки зазвичай складаються з двох основних частин: корпус і капот, утворюючи оболонку засувки, що утримує тиск. Існують різні конструкції для інтерфейсу між цими двома компонентами.
- Різьбові з'єднання є найпростішою конструкцією, але використовуються лише для недорогих, бронзові клапани низького тиску.
- Штуцери також в основному використовуються для бронзових клапанів, але конструкція з’єднання дозволяє легше розбирати, полегшення обслуговування та ремонту.
- Болтові з'єднання кришки є найпопулярнішими з'єднаннями, використовується для переважної більшості засувок у сучасному промисловому застосуванні. На відміну від різьбових і з’єднувальних капоток, болтові з’єднання капота потребують прокладок для ущільнення з’єднання між корпусом і капотом.
- Ущільнювальні з’єднання під тиском активуються тиском рідини всередині корпусу клапана, що діє на клин із м’якого заліза або графіту, вставлений між корпусом і кришкою. У клапанах з ущільненням тиску, тим вищий тиск у порожнині тіла, тим більше зусилля на прокладку. Кришки з ущільненням під тиском широко використовуються в системах високого тиску, застосування при високих температурах, наприклад в електроенергетиці.
- Зварні з’єднання кришки є дуже популярним з’єднанням корпус/кришка для компактних сталевих клапанів розміром від ½ дюйма до 2 дюймів і тиску від 800 до 2500, не вимагає розбирання.
Матеріали та стандарти
Сталь і залізо є найбільш часто використовуваними матеріалами для виготовлення засувок. Сталеві матеріали підходять для більшості промислових застосувань, тоді як залізні матеріали придатні для таких застосувань, як вода, стічні води, та опалення, вентиляція, і кондиціонер (HVAC). Інші широко використовувані матеріали для виготовлення засувок включають нержавіючу сталь, бронза, і високолеговані матеріали, такі як Hastelloy і сплави хром, нікель і залізо.
Щодо стандартів конструкції та конструкції засувки, вітчизняні стандарти включають національні стандарти GB і GB/T, а також промислові стандарти JB і JB/T, поряд зі стандартами групи та стандартами підприємства. на міжнародному рівні, Стандарти встановлюються такими організаціями, як Американський інститут нафти (API), Товариство стандартизації виробників (MSS), Американська асоціація водних робіт (AWWA), та Американське товариство інженерів-механіків (ASME).
Субринки засувок
Хоча в минулому чвертьобертові засувки займали значну частку ринку засувок 50 роки, деякі галузі все ще значною мірою покладаються на засувки, включаючи нафтову та газову промисловість. Незважаючи на прогрес кульових кранів у газопроводах, Трубопроводи сирої нафти або рідини залишаються оплотом засувок з паралельними сідлами. У клапанах більшого розміру, засувки залишаються основним вибором для більшості застосувань, включаючи нафтопереробну промисловість. Стабільність конструкції та економічна загальна вартість є вирішальними факторами, що впливають на прийняття цих клапанів.
З точки зору застосування, у багатьох галузях переробної промисловості використовуються температури, вищі за безпечну робочу температуру політетрафторетилену (PTFE), основний матеріал сідла для плаваючих кульових кранів. Високоефективні дискові клапани та кульові крани з металевим сидінням знайшли все більше використання в нафтопереробній промисловості, хоча їх загальна вартість зазвичай вища, ніж на засувки. У сфері водопостачання, досі домінують залізні засувки, виявляється економічно ефективним і довговічним навіть у підземних застосуваннях.
В енергетичній промисловості використовуються засувки зі сплавів для застосувань із надзвичайно високим тиском і температурою. Незважаючи на появу деяких нових прохідних клапанів Y-образного типу та кульових кранів із металевим сидінням, призначених для послуг дроселювання, засувки продовжують користуватися перевагою в комунальному секторі.
Сьогодні, засувки, відомі своєю високою економічною ефективністю, залишаються основним вибором для багатьох сервісних програм. Марк Твен одного разу сказав, “Повідомлення про мою смерть сильно перебільшені.” Тоді як крани кульові, пробкові вентилі, і поворотні клапани розширили свою частку ринку протягом десятиліть, довгострокова засувка не є винятком із настроїв Твена – чутки про її припинення були сильно перебільшені!