Пробковый (конический) клапан

Пробковый клапан (API 6D) имеет цилиндрический или конический диск с одним или несколькими горизонтальными полыми проходами, которые можно вращать, чтобы открывать, закрывать или контролировать поток жидкости через клапан. Наиболее используемым типом является двухпортовый смазывающийся тип с открытым и закрытым положением.

Что такое пробковый клапан?

Пробковый клапан - это четвертьоборотный клапан, в котором используется коническая или цилиндрическая пробка для остановки или запуска потока. Диск имеет форму пробки, в которой имеется проход для прохождения потока. В открытом положении этот проходной канал соответствует потоку. Когда пробка поворачивается на 90° из открытого положения, сплошная часть пробки блокирует поток.

Пробковый клапан используется вместо задвижки, где требуется быстрое срабатывание. Может использоваться в условиях высоких температур.

Эти клапаны могут использоваться для жидкостей или газов, таких как:

• Нейтральные жидкости, такие как масло и вода;
• Кислотные и щелочные (едкие) жидкости;
• Глинистый раствор;
• Нейтральные газы, такие как пар и воздух;
• Коррозионные газы, в том числе пары хлора и кислоты.

Пробковый клапан можно заказать с фланцевыми, втулочными концевыми соединениями или приварными встык, а также с литым (> 1") или кованым материалом корпуса (< 2" в диаметре).

Двумя ключевыми справочными характеристиками, относящимися к этому типу клапанов, для нефтехимических применений являются API 6D (нисходящий поток) и API 6A (восходящий поток).

Пробковые клапаны могут управляться вручную с помощью инструментального ключа или редуктора или приводиться в действие с помощью электрических, электрогидравлических, пневматических и газовых приводов.

Хорошо известными производителями пробковых клапанов являются Galli&Cassina и Flowserve (Nordstrom и Durco) и Crane / Xomox.

Составляющие части пробкового клапана

Типичный пробковый клапан состоит из корпуса, крышки, штока и пробки. Седло является неотъемлемой частью корпуса в случае смазывающегося пробкового клапана. Для несмазывающегося пробкового клапана неметаллическое седло используется для улучшения герметичности клапана.

Диск пробкового клапана: заглушки круглого или конического цилиндра. Они могут иметь различные типы отверстий, каждое с различной степенью площади отверстия.

Заглушки доступны в:

• прямоугольном
• круглом и
• ромбовидном исполнении.

На рисунке можно увидеть коническую заглушку в прямоугольном, круглом и ромбовидном исполнении.

• Прямоугольная заглушка является наиболее распространенной для пробкового клапана. Прямоугольная заглушка составляет не менее 70% площади поперечного сечения соответствующей трубы.
• Круглая заглушка имеет круглое отверстие в заглушке. Она доступна в полнопроходном и уменьшенном исполнении отверстия. Клапаны с уменьшенными заглушками используются только там, где ограничение потока не имеет значения.
• Ромбовидная заглушка имеет ромбовидное отверстие в заглушке. Все клапаны с ромбовидными заглушками являются типом Внтури с ограниченным потоком. Эта конструкция используется  для дросселирования.

Виды пробковых клапанов

Существует четыре основных типа пробковых клапанов, каждый со своими особенностями и преимуществами.

Смазывающийся пробковый клапан

Заглушка в смазывающемся пробковом клапане имеет полость посередине вдоль своей оси. Можно увидеть это на картинке. Смазочная камера внизу и фитинг впрыска герметика вверху обеспечивают подачу смазки.

Небольшой обратный клапан под впрыскивающим фитингом предотвращает протекание герметика в обратном направлении после впрыска герметика в полость.

Поверхность заглушки постоянно смазывается герметиком, который перемещается из центральной полости через радиальные отверстия в канавки для смазки на поверхности заглушки. Многие пробковые клапаны имеют металлическую конструкцию.

Узкий зазор вокруг заглушки может привести к утечке, и если уменьшить зазор еще больше, это увеличит трение, и заглушка может застрять в корпусе клапана.

Смазка уменьшает усилие, необходимое для открытия или закрытия клапана, и обеспечивает плавное движение пробки. Смазка также предотвращает коррозию пробки.

Смазочный материал должен быть совместим с жидкостью трубопровода. Он не должен растворяться или вымываться проточной средой, так как это может загрязнить жидкость и повредить уплотнение между пробкой и корпусом, что приведет к утечке. Также используемый герметик должен выдерживать температуру текучей среды.

Смазывающиеся пробковые клапаны доступны в широком диапазоне размеров и подходят для работы в условиях высоких температур. Эти клапаны подвержены меньшему износу и обеспечивают лучшую коррозионную стойкость в некоторых условиях эксплуатации.

Несмазывающийся пробковый клапан

В этом типе пробкового клапана используется неметаллическая эластомерная втулка или вкладыш. Эта втулка установлена в полости корпуса клапана. Полированная коническая заглушка действует как клин и прижимает гильзу к корпусу.

Эта неметаллическая втулка уменьшает трение между пробкой и корпусом клапана. Несмазывающиеся пробковые клапаны требуют минимального обслуживания. Из-за неметаллического седла эти клапаны не используются в условиях высоких температур.

Несмазывающиеся клапаны предпочтительнее смазываемого типа, когда требуются низкие эксплуатационные расходы, например, при обслуживании серы, фтористого водорода или в случаях, когда жидкости могут затвердеть и заблокировать клапан.

Недостатком несмазываеющихся клапанов является то, что они подходят только для конкретных применений с точки зрения температуры, давления и типа транспортируемых жидкостей (химическая стойкость) из-за неметаллического седла, которое они используют.

Три основных типа несмазывающихся клапанов: полностью футерованная, эластомерная втулка и пробковый клапан подъемного типа.

Смазывающиеся и несмазывающиеся пробковые клапаны способны обеспечить герметичное перекрытие и имеют компактные размеры.

Эксцентрический тип

Конструкция эксцентрического клапана имеет половинную пробку, которая является ключевым преимуществом для применений, где требуется более сильное усилие при посадке и минимальное трение от открытого к закрытому положению.

Эксцентрические клапаны также показывают улучшенные возможности отключения по сравнению с концентрической конструкцией.

Типичные области применения этого типа пробкового клапана - это грязная вода, канализация, воздух и другие подобные услуги, требующие высокой степени герметичности.

Многопортовый пробковый клапан

Здесь можно увидеть трехходовый многопортовый пробковый клапан. Верхнее изображение имеет трехходовую трехпортовую конструкцию, а нижнее - трехходовую двухпортовую.

Это четырехходовая конструкция.

Многопортовые клапаны используются в распределительных линиях. Один многопортовый клапан может использоваться вместо трех или четырех задвижек или других типов запорного клапана. Однако иногда многопортовый клапан не полностью перекрывает поток. Особое внимание следует уделить указанию конкретного расположения портов для правильной работы.

C двойным расширяющимся шибером (стопорный и спускной клапан двойного действия - DBB)

Это самая сложная конструкция пробкового клапана, так как она состоит из нескольких компонентов, которые позволяют механически расширять клапан, чтобы обеспечить ему действительно двойную блокировку и функцию удаления воздуха.

Они часто используются для предотвращения загрязнения продукта в приложениях, которые не требуют двойной изоляции.

Расширительный клапан использует механизм, который вращается между открытым и закрытым положением и защищает оба уплотнения от пути потока. Во время вращения корпус и уплотнения не соприкасаются, и скольжения расширяются на седле корпуса, когда клапан закрыт, чтобы предотвратить износ или истирание уплотнений.

Короткая и длинная модель

Существует три разных исполнения пробковых клапанов.

• Тип конструкции короткой модели имеет компактные размеры от поверхности до поверхности и площади условных проходов, составляющие от 40% до 60% от полнопроходного типа
• У обычной модели размеры от поверхности до поверхности больше и площадь отверстия 50-70% от полнопроходных пробковых клапанов и предназначена для обеспечения минимальных потерь потока.
• У полнопроходной конструкции размеры от поверхности до поверхности и круглое отверстие (Venturi) больше.

Эта последняя конфигурация обеспечивает неограниченный поток и позволяет выполнять операции по очистке трубопровода. Современные пробковые клапаны являются доработкой базовой конструкции, которая была разработана еще в Римской империи.

Короткий, стандартный и пробковый клапан Venturi.

Сравнение пробкового клапана с шаровым

В общем случае, пробковый клапан и шаровой клапан могут выполнять одну и ту же функцию (перекрытие жидкости). 

Основными отличиями являются:

• пробковые клапаны, как правило, более экономичны, чем шаровые клапаны, благодаря своей более простой конструкции;
• пробковые клапаны менее подвержены загрязнению мусором и накоплению грязи в промежуточных пространствах по сравнению с шаровыми клапанами (проблема, с которой часто сталкиваются шаровые клапанами из-за зазоров, существующих между сферой и корпусом клапана);
• шаровые клапаны требуют большего обслуживания, чем пробковые, особенно после плановых или незапланированных остановок завода;
• пробковые клапаны имеют конструкцию с полным отверстием, без перепадов давления, шаровые клапаны могут быть уменьшены или заполнены полностью (шаровые клапаны с полным отверстием будут тяжелее и больше, чем пробковые клапаны того же размера).

В целом, пробковые клапаны являются хорошей альтернативой шаровым кранам, даже если шаровые краны все еще считаются промышленным стандартом для операций отключения, по крайней мере, в нефтегазовой промышленности.

Применения пробкового клапана

• Пробковый клапан используется в качестве двухпозиционного запорной арматуры и способна обеспечить герметичное перекрытие.
• Он может использоваться в различных типах жидкостей и газов, таких как воздух, газ, пар, углеводород, жидкие растворы, грязь и канализация.
• Может использоваться заглушка клапана в условиях вакуума для высоких давлений и температур.

Преимущества пробкового клапана:

• Простая конструкция с несколькими частями;
• Быстрое включение-выключение на четверть оборота;
• Возможно встроенное подключение;
• Обеспечивает минимальное сопротивление потоку;
• Обеспечивает надежную герметичную эксплуатацию;
• Меньше по размеру, чем большинство других клапанов;
• Многопортовая конструкция помогает уменьшить количество необходимых клапанов и позволяет изменять направление потока.

Недостатки пробкового клапана:

• Требуется большая сила для работы из-за высокого трения;
• Клапаны NPS 4 и более не могут управляться вручную и требуют привода;
• Возможно падение давления из-за уменьшения порта;
• Стоимость пробковых клапанов может быть больше, чем шаровых кранов для данного размера и класса.