Características estructurales y aplicaciones de las válvulas de bola triple excéntricas con asiento metálico
Un asiento de metal válvula de bola triple excéntrica Es un nuevo producto, que se utiliza en medios de proceso de alta temperatura y alta presión con condiciones más exigentes.
1. Estructura de tres tipos de válvulas de bola y sus principios de sellado.
1.1 válvulas de bola ordinarias
La bola y el asiento de la válvula de bola ordinaria están siempre en contacto y existe fricción cuando está completamente cerrada, semiabierta y completamente abierta. Véanse las figuras 1 (a), 1 (b) y 2 (a).
Figura 1 Dos estados de funcionamiento de válvulas de bola ordinarias
1.2 válvulas de bola de doble excéntrica(Figura 2(b) y 3)
Figura 2. Comparación entre válvulas de bola ordinarias y válvulas de bola de doble excéntrica.
Figura 3 Dos estados de funcionamiento de válvulas de bola de doble excéntrica
(1) La Figura 2(b) muestra el estado completamente cerrado de las válvulas de bola de doble excentricidad. Al girar la esfera, su superficie de sellado se desplaza respecto a su centro geométrico original debido a la distancia excéntrica entre a y b. La distancia desde el centro de rotación hasta la superficie de sellado del asiento de la válvula varía según la posición, y existe un radio largo y uno corto, es decir, R1 es mayor e igual que R2.
(2) La Figura 3(a) muestra la apertura de válvulas de bola de doble excéntrica. Cuando la esfera gira a un ángulo determinado, se produce un efecto de leva debido a los radios largo y corto. En este momento, la esfera y el asiento de la válvula comienzan a separarse y giran sin fricción.
(3) La Figura 3(b) muestra el estado completamente abierto de las válvulas de bola de doble excentricidad. Cuando la bola gira 90 grados, la bola y el asiento de la válvula quedan completamente separados. No hay fricción entre la bola y el asiento de la válvula, y el canal de la bola y el canal del cuerpo de la válvula están conectados directamente. Las dos excentricidades deben ser iguales para garantizar que los centros de los dos canales coincidan, es decir, que a sea igual a b. En este caso, el ángulo entre la línea que va del centro de rotación al centro de la bola y el centro del canal es exactamente de 45°, lo que plantea un problema especial para la válvula de bola de doble excentricidad. Dado que la estructura de las dos excentricidades de las válvulas de bola de doble excentricidad debe ser igual, cuando el radio largo R1 pasa por el centro de la esfera y cae dentro del área de la superficie esférica sellada, R1 es tangente a la superficie esférica sellada en este momento. Se producirá una gran fricción por deslizamiento cerca del punto de tangencia, lo que agrava la fricción parcial de la válvula de bola y acelera el desgaste. Dado que la mejor zona de sellado de la válvula de bola se encuentra generalmente en la posición donde el ángulo entre R1 y el centro del canal es de 45°, la válvula de bola de doble excéntrica suele rayarse en esta posición durante las pruebas o el uso.
1.3 válvulas de bola triples excéntricas
Se proporciona una excentricidad para la triple excéntrica. válvula de bola con asiento metálico Basado en la válvula de bola de doble excéntrica con asiento metálico. El modelo tridimensional de su estructura se muestra en la Figura 4. Existen dos tipos de válvulas de bola de triple excéntrica: las de sellado esférico y las de sellado cónico.
Figura 4 El modelo tridimensional de la estructura de sellado.
El anillo de sellado del sello esférico válvula de bola triple excéntrica Es una superficie esférica, y el centro de esta no se superpone con el de la válvula de bola de doble excentricidad, lo que resulta en una tercera excentricidad. Esta excentricidad altera la relación geométrica entre R1 y la esfera de sellado, evitando que R1 sea tangente a la esfera de sellado incluso si pasa a través de la esfera de doble excentricidad. Esto soluciona las deficiencias inherentes de la válvula de bola de doble excentricidad. Al cambiar el anillo de sellado esférico por uno cónico, se puede obtener una válvula de bola de triple excentricidad con sellado cónico.
2. Ventajas de las válvulas de bola triple excéntricas
2.1 Comparación de válvulas de bola triples excéntricas con válvulas de bola de sellado blando comunes
(1) Las válvulas de bola de triple excéntrica ofrecen un rango de temperatura más amplio. Las válvulas de bola con sello blando se ven afectadas por la resistencia térmica de los sellos no metálicos y no pueden utilizarse en situaciones donde la temperatura sea demasiado alta. El sello metálico puede utilizarse a temperaturas de 600 °C o superiores, según el material.
(2) válvulas de bola triples excéntricasSe pueden usar para presiones más altas. Debido a la resistencia a la presión y la estabilidad de los materiales no metálicos a alta presión, las válvulas de bola selladas no metálicas se utilizan para presiones CL600 o inferiores. Al usarse a alta presión, los sellos no metálicos pierden estabilidad con facilidad y provocan fallas en las válvulas. La válvula de bola metálica con sello rígido se puede usar para presiones CL2500.
(3) Las válvulas de bola de triple excéntrica ofrecen una mayor vida útil. En comparación con los materiales metálicos, los materiales no metálicos son propensos al envejecimiento. Por lo tanto, tras un uso prolongado, el rendimiento de sellado de la válvula también disminuirá debido a la disminución del rendimiento de los materiales no metálicos. Además, estos materiales son susceptibles a sufrir daños. Cuando el fluido contiene partículas sólidas, los sellos no metálicos se rayan fácilmente, lo que provoca fallos en el sello o una reducción del rendimiento de sellado.
2.2 Comparación de válvulas de bola triples excéntricas con válvulas de bola de asiento duro de metal comunes
(1) La bola de las válvulas de bola triple excéntricas es fija. La válvula de bola común tiene un sello flotante, mientras que la válvula de bola triple excéntrica tiene un diseño de bola fija, y la presión específica del sello se establece mediante su propio par. Por lo tanto, es confiable en cualquier circunstancia.
(2) válvulas de bola triples excéntricas Tienen un diseño de sello de torque. La válvula de bola tradicional con muñón y sello rígido metálico suele tener un resorte de precompresión detrás del asiento de la válvula. Bajo la acción del resorte, el asiento de la válvula entra en contacto con la superficie de sellado de la bola y genera una presión específica de sellado. Si la rigidez del resorte es baja, el sello presenta una presión específica menor y un efecto de sellado deficiente. Si la rigidez del resorte es alta, aumentará el desgaste de la superficie de sellado y, al mismo tiempo, el torque de apertura y cierre. Además, el resorte se ve afectado por la temperatura del medio y su rigidez tiende a cambiar con el tiempo. Por lo tanto, el efecto de sellado también cambia con el tiempo. La válvula de bola triple excéntrica se sella mediante torque, lo que permite generar una mayor presión de sellado sin un desgaste significativo y no se ve afectada por la temperatura ni las cargas alternas.
(3)Tválvulas de bola excéntricas onduladas Ofrecen un sellado bidireccional con un solo asiento de válvula. A bajas temperaturas, la válvula de bola metálica tradicional de sellado duro utiliza un complejo mecanismo automático de alivio de presión o perforación para liberar el fluido en la cavidad de la válvula. La primera aumenta la complejidad del asiento de la válvula, mientras que la segunda la hace direccional gracias a la perforación. La válvula de bola de triple excéntrica utiliza un solo asiento, por lo que no hay problema en que las cavidades de la válvula liberen presión. La estructura de triple excéntrica garantiza un sellado óptimo del asiento de la válvula en cualquier dirección, es decir, ofrece una función de sellado bidireccional completa.
3.El diseño de válvulas de bola triples excéntricas
3.1 Utilizar el análisis de elementos finitos para diseñar específicamente la resistencia y rigidez, que incluye: el análisis de la resistencia y rigidez del cuerpo de la válvula (Figura 5), la tensión de contacto y la rigidez del asiento de la válvula y el anillo de sellado (Figura 6), la resistencia y rigidez del vástago de la válvula (Figura 7).
3.2 En cuanto al mecanizado de la superficie de sellado del anillo de sellado y del asiento de la válvula para válvulas de bola de triple excéntrica, ya sea un sello de superficie cónica o esférica, el mecanizado del anillo de sellado es clave y requiere herramientas especiales. La precisión del mecanizado de la superficie de sellado afecta directamente el rendimiento final de la válvula.
En resumen, la válvula de bola triple excéntrica con asiento metálico se puede aplicar a las siguientes condiciones:
La bola y el asiento de la válvula de bola ordinaria están siempre en contacto y existe fricción cuando está completamente cerrada, semiabierta y completamente abierta. Véanse las figuras 1 (a), 1 (b) y 2 (a).
Figura 1 Dos estados de funcionamiento de válvulas de bola ordinarias
1.2 válvulas de bola de doble excéntrica(Figura 2(b) y 3)
Figura 2. Comparación entre válvulas de bola ordinarias y válvulas de bola de doble excéntrica.
Figura 3 Dos estados de funcionamiento de válvulas de bola de doble excéntrica
(1) La Figura 2(b) muestra el estado completamente cerrado de las válvulas de bola de doble excentricidad. Al girar la esfera, su superficie de sellado se desplaza respecto a su centro geométrico original debido a la distancia excéntrica entre a y b. La distancia desde el centro de rotación hasta la superficie de sellado del asiento de la válvula varía según la posición, y existe un radio largo y uno corto, es decir, R1 es mayor e igual que R2.
(2) La Figura 3(a) muestra la apertura de válvulas de bola de doble excéntrica. Cuando la esfera gira a un ángulo determinado, se produce un efecto de leva debido a los radios largo y corto. En este momento, la esfera y el asiento de la válvula comienzan a separarse y giran sin fricción.
(3) La Figura 3(b) muestra el estado completamente abierto de las válvulas de bola de doble excentricidad. Cuando la bola gira 90 grados, la bola y el asiento de la válvula quedan completamente separados. No hay fricción entre la bola y el asiento de la válvula, y el canal de la bola y el canal del cuerpo de la válvula están conectados directamente. Las dos excentricidades deben ser iguales para garantizar que los centros de los dos canales coincidan, es decir, que a sea igual a b. En este caso, el ángulo entre la línea que va del centro de rotación al centro de la bola y el centro del canal es exactamente de 45°, lo que plantea un problema especial para la válvula de bola de doble excentricidad. Dado que la estructura de las dos excentricidades de las válvulas de bola de doble excentricidad debe ser igual, cuando el radio largo R1 pasa por el centro de la esfera y cae dentro del área de la superficie esférica sellada, R1 es tangente a la superficie esférica sellada en este momento. Se producirá una gran fricción por deslizamiento cerca del punto de tangencia, lo que agrava la fricción parcial de la válvula de bola y acelera el desgaste. Dado que la mejor zona de sellado de la válvula de bola se encuentra generalmente en la posición donde el ángulo entre R1 y el centro del canal es de 45°, la válvula de bola de doble excéntrica suele rayarse en esta posición durante las pruebas o el uso.
1.3 válvulas de bola triples excéntricas
Se proporciona una excentricidad para la triple excéntrica. válvula de bola con asiento metálico Basado en la válvula de bola de doble excéntrica con asiento metálico. El modelo tridimensional de su estructura se muestra en la Figura 4. Existen dos tipos de válvulas de bola de triple excéntrica: las de sellado esférico y las de sellado cónico.
Figura 4 El modelo tridimensional de la estructura de sellado.
El anillo de sellado del sello esférico válvula de bola triple excéntrica Es una superficie esférica, y el centro de esta no se superpone con el de la válvula de bola de doble excentricidad, lo que resulta en una tercera excentricidad. Esta excentricidad altera la relación geométrica entre R1 y la esfera de sellado, evitando que R1 sea tangente a la esfera de sellado incluso si pasa a través de la esfera de doble excentricidad. Esto soluciona las deficiencias inherentes de la válvula de bola de doble excentricidad. Al cambiar el anillo de sellado esférico por uno cónico, se puede obtener una válvula de bola de triple excentricidad con sellado cónico.
2. Ventajas de las válvulas de bola triple excéntricas
2.1 Comparación de válvulas de bola triples excéntricas con válvulas de bola de sellado blando comunes
(1) Las válvulas de bola de triple excéntrica ofrecen un rango de temperatura más amplio. Las válvulas de bola con sello blando se ven afectadas por la resistencia térmica de los sellos no metálicos y no pueden utilizarse en situaciones donde la temperatura sea demasiado alta. El sello metálico puede utilizarse a temperaturas de 600 °C o superiores, según el material.
(2) válvulas de bola triples excéntricasSe pueden usar para presiones más altas. Debido a la resistencia a la presión y la estabilidad de los materiales no metálicos a alta presión, las válvulas de bola selladas no metálicas se utilizan para presiones CL600 o inferiores. Al usarse a alta presión, los sellos no metálicos pierden estabilidad con facilidad y provocan fallas en las válvulas. La válvula de bola metálica con sello rígido se puede usar para presiones CL2500.
(3) Las válvulas de bola de triple excéntrica ofrecen una mayor vida útil. En comparación con los materiales metálicos, los materiales no metálicos son propensos al envejecimiento. Por lo tanto, tras un uso prolongado, el rendimiento de sellado de la válvula también disminuirá debido a la disminución del rendimiento de los materiales no metálicos. Además, estos materiales son susceptibles a sufrir daños. Cuando el fluido contiene partículas sólidas, los sellos no metálicos se rayan fácilmente, lo que provoca fallos en el sello o una reducción del rendimiento de sellado.
2.2 Comparación de válvulas de bola triples excéntricas con válvulas de bola de asiento duro de metal comunes
(1) La bola de las válvulas de bola triple excéntricas es fija. La válvula de bola común tiene un sello flotante, mientras que la válvula de bola triple excéntrica tiene un diseño de bola fija, y la presión específica del sello se establece mediante su propio par. Por lo tanto, es confiable en cualquier circunstancia.
(2) válvulas de bola triples excéntricas Tienen un diseño de sello de torque. La válvula de bola tradicional con muñón y sello rígido metálico suele tener un resorte de precompresión detrás del asiento de la válvula. Bajo la acción del resorte, el asiento de la válvula entra en contacto con la superficie de sellado de la bola y genera una presión específica de sellado. Si la rigidez del resorte es baja, el sello presenta una presión específica menor y un efecto de sellado deficiente. Si la rigidez del resorte es alta, aumentará el desgaste de la superficie de sellado y, al mismo tiempo, el torque de apertura y cierre. Además, el resorte se ve afectado por la temperatura del medio y su rigidez tiende a cambiar con el tiempo. Por lo tanto, el efecto de sellado también cambia con el tiempo. La válvula de bola triple excéntrica se sella mediante torque, lo que permite generar una mayor presión de sellado sin un desgaste significativo y no se ve afectada por la temperatura ni las cargas alternas.
(3)Tválvulas de bola excéntricas onduladas Ofrecen un sellado bidireccional con un solo asiento de válvula. A bajas temperaturas, la válvula de bola metálica tradicional de sellado duro utiliza un complejo mecanismo automático de alivio de presión o perforación para liberar el fluido en la cavidad de la válvula. La primera aumenta la complejidad del asiento de la válvula, mientras que la segunda la hace direccional gracias a la perforación. La válvula de bola de triple excéntrica utiliza un solo asiento, por lo que no hay problema en que las cavidades de la válvula liberen presión. La estructura de triple excéntrica garantiza un sellado óptimo del asiento de la válvula en cualquier dirección, es decir, ofrece una función de sellado bidireccional completa.
3.El diseño de válvulas de bola triples excéntricas
3.1 Utilizar el análisis de elementos finitos para diseñar específicamente la resistencia y rigidez, que incluye: el análisis de la resistencia y rigidez del cuerpo de la válvula (Figura 5), la tensión de contacto y la rigidez del asiento de la válvula y el anillo de sellado (Figura 6), la resistencia y rigidez del vástago de la válvula (Figura 7).
3.2 En cuanto al mecanizado de la superficie de sellado del anillo de sellado y del asiento de la válvula para válvulas de bola de triple excéntrica, ya sea un sello de superficie cónica o esférica, el mecanizado del anillo de sellado es clave y requiere herramientas especiales. La precisión del mecanizado de la superficie de sellado afecta directamente el rendimiento final de la válvula.
En resumen, la válvula de bola triple excéntrica con asiento metálico se puede aplicar a las siguientes condiciones:
- Condiciones de trabajo de alta temperatura (hasta 600 ℃)
- Condiciones de trabajo a baja o ultrabaja temperatura (-196 ℃)
- Condiciones de trabajo de alta presión (disponible para CL2500)
- Condiciones de trabajo con hidrógeno
- Partículas sólidas
Con el desarrollo de la industria petroquímica y química del carbón, la aplicación de este tipo de válvula será más extensa.
