Kulový ventil je vybaven kulovým diskem, který otevírá a zavírá průtok tekutiny. Jsou průmyslovým standardem pro uzavírání potrubí, protože jejich konstrukce zaručuje velmi těsné a bezúniková těsnění i po letech provozu. Dva základní typy kulových kohoutů jsou plovoucí a kmenové provedení (s bočním nebo horním vstupem). Těleso může být lité nebo kované a monolitické nebo dělené (ze 2 nebo 3 kusů). Klíčovými specifikacemi jsou API 6D a ASME B16.34.
CO JE KULOVÝ VENTIL?
Kulové ventily jsou klíčová zařízení pro uzavírání a regulaci průtoku tekutiny (ropy, plynu, páry atd.) v petrochemickém průmyslu.
VÝHODY A NEVÝHODY KULOVÝCH VENTILŮ
Tento typ ventilu má následující výhody:
- ventil má špatné regulační a škrticí schopnosti, protože je určen k uzavírání potrubí místo k modulaci průtoku (to je ideální funkce pro kulové ventily): škrcení způsobuje erozi částečně obnaženého sedla kvůli vysoké rychlosti proudění a tlaku, kterému je ventil vystaven. Opotřebení může postupně vést k netěsnosti ventilu.
- Ventil nelze použít pro kaly, protože nahromadění suspendovaných částic a nečistot by způsobilo netěsnost ventilu. Tyto částice mohou ztuhnout v dutinách v blízkosti koule a sedla. Kulové ventily jsou daleko velmi účinné u plynů a jiných kapalných kapalin (dokonce i u náročných chemikálií jako suchý chlor, kyselina fluorovodíková nebo chlorovodíková a kyslík).
- může se obtížně čistit (s výjimkou provedení s horním vstupem)
Otevřenou, zavřenou nebo částečně otevřenou polohu ventilu lze zjistit pohledem na polohu páky:
- pokud je páka v jedné rovině s potrubím, ventil je otevřený; pokud je kolmo k potrubí, ventil je zavřený;
- pokud je v jakékoli jiné poloze, ventil je částečně otevřený (nebo částečně zavřený) a moduluje průtok.
Tyto ventily patří do skupiny „čtvrtotáčkových“ ventilů nebo „1/4 otáčkových ventilů“ (společně s motýlovými a kuželovými ventily), protože operace otevírání a zavírání se provádějí otáčením páky připojené k disku o 90 stupňů.
Klíčové specifikace kulových ventilů jsou API 6D, BS 5351 (kované) a ASME B16.34 (tlakové a teplotní třídy), ASME B16.5/B16.47 (přírubové konce) a ASME B16.25 (konce svařované na tupo).
JAK TO FUNGUJE?
Koule uvnitř ventilu má otvor, kterým volně prochází průtok, když je plně vyrovnána s oběma konci ventilu. Pokud je otvor zcela kolmý ke koncům zařízení, je ventil dokonale těsný.
V opačném případě, kdy je otvor v jakékoli jiné poloze (například kolmo ke koncům ventilu), je průtok zcela nebo částečně přerušen.
Kulový ventil vs šoupátko
Tento ventil plní stejnou funkci jako šoupátko (uzavírací). Rozdíl mezi kulovým ventilem a šoupátkem spočívá v tom, že první ventil používá k otevírání/uzavírání průtoku kulovou kouli, druhý ventil používá disk uložený na sedle. Rozdíl mezi těmito dvěma ventily je tedy v konstrukci a kompaktnosti.
Kulový ventil vs. kulový ventil
Tyto ventily nejsou tak přesné jako kulové ventily pro škrcení průtoku kapaliny, protože mají zpravidla kladné (při 0, 45 a 90 stupních) místo přírůstkových poloh. Dále by se ventil dlouhodobě poškozoval částečným otevíráním poloh (nebo opakovaným otevíráním/zavíráním) (což není problém kulových ventilů).
TIPY KULOVÝCH VENTILŮ
Kulové ventily lze klasifikovat podle několika kritérií:
- Konstrukce: plovoucí, s čepem a s dvojitým odvzdušněním a blokováním
- Počet otvorů:
- Velikost otvoru: plný otvor nebo zmenšený otvor (FB vs. RB) a s V-zářezem
- Sestava tělesa: unibody (těleso koule je vyrobeno z jednoho kusu lité nebo kované oceli), 2dílná nebo 3dílná (těleso vzniká sestavením dvou nebo tří různých dílů)
- Přístup ke kouli:
- Typ sedla: kovové nebo měkké (teflonové)
PLOVOUCÍ KULOVÝ VENTIL
V plovoucím ventilu je kulička zavěšena v proudící tekutině a je udržována v poloze stlačením dvou elastomerových sedel proti sobě.
Hřídel je připojena v horní části koule a umožňuje přepnutí z otevřené do uzavřené polohy pohybem o čtvrt otáčky (90 stupňů).
Při pohybu hřídele působí na kouli zatížení, které se přitlačí na její sedla.
Tato konstrukce, která je lehká a ekonomická, vyhovuje velikostem otvorů do 10 palců: nad tuto velikost otvoru by sedla ventilu nevydržela těžší a těžší kuličky a ventil by nepracoval bezpečně a efektivně.
Plovákové ventily umožňují obousměrné uzavírání průtoku (jako trunnionový typ).
(Zdroj: kanál Walworth Valves na Youtube)
TRUNNION BALL VALVE
Trunnionové ventily byly zavedeny, aby se vyrovnaly s výše uvedenými velikostními omezeními standardních plovákových ventilů. U tohoto typu ventilů totiž hřídel, koule a nosný čep působí jako jediná pevná sestava, která je schopna odolávat velkým zatížením generovaným koulemi velkých rozměrů.
Kromě výhody flexibilních rozměrů se čepový ventil vyznačuje nižším provozním momentem ve srovnání s konstrukcí plovoucího ventilu (což se může stát výhodou, když je třeba ventil ovládat, protože k ovládání ventilu lze namontovat menší a úsporné pohony).
Kulový ventil z nerezové oceli, kloubový typ
(Zdroj: Robert Cort – Wartsila Valves Youtube Channel)
KULOVÝ VENTIL VS. TOP ENTRY
Jaký je rozdíl mezi kulovým kohoutem s bočním a horním vstupem?
Tyto pojmy se týkají způsobu, jakým lze přistupovat ke kouli ventilu a jeho vnitřním částem, a to z boku (boční vstup) nebo shora (horní vstup).
Kulové ventily s plovoucím a čepovým uložením jsou k dispozici v provedení s „bočním vstupem“ a „horním vstupem“.
Konstrukce s horním vstupem se specifikuje v případě, že se na ventilu očekávají časté činnosti údržby v provozu.
Důvodem je skutečnost, že kulové kohouty s horním vstupem umožňují snadnější a rychlejší přístup ke kouli a obložení ventilu ve srovnání s kohouty s bočním vstupem (které pro stejné operace vyžadují více času a prostoru na údržbu).
Hlavní rozdíly mezi těmito dvěma konstrukcemi kulových kohoutů jsou následující:
- Kulové ventily s horním vstupem se zpravidla vyrábějí s tělesy z lité oceli; ventily s bočním vstupem se vyrábějí s (robustními) tělesy z kované oceli
- Kulové ventily s horním vstupem mají monolitickou konstrukci (jsou vyrobeny z jednoho kusu); ventily s bočním vstupem mají sestavu ze dvou nebo tří kusů
- Kulové ventily s horním vstupem vyžadují kvůli svým litým tělesům více nedestruktivních zkoušek než ventily s bočním vstupem;
- Kulové ventily s bočním vstupem se snáze montují a vyrábějí než kulové ventily s horním vstupem, jejichž správná funkce vyžaduje dlouholeté zkušenosti a řemeslnou zručnost
- Kulové ventily s horním vstupem jsou obecně dražší než kulové ventily s bočním vstupem a mají delší dodací lhůty kvůli operacím odlévání, které jsou nutné k výrobě tělesa
3-WAYS
Kulový ventil má zpravidla dva vstupy (nebo „dvě cesty“).
Pro některé aplikace však může být specifikován třícestný kulový ventil. Třícestný kulový kohout má 3 vstupy (vstupy) namísto pouhých dvou.
Tato vícecestná konstrukce je potřebná k tomu, aby bylo možné odklonit kapalinu přicházející z hlavního vstupu ventilu do dvou různých směrů (namísto pouze jednoho), z nichž každý obsluhují dva samostatné výstupy ventilu. Dalším typickým použitím trojcestného kulového ventilu je, aby hlavní průtočné vedení bylo obsluhováno dvěma samostatnými a alternativními vstupy.
Kule trojcestného kulového ventilu může mít tvar písmene L nebo T, jak je znázorněno na obrázku níže. Dále je tento speciální typ kulového ventilu k dispozici v plovoucím nebo kuželovém provedení, s libovolným typem konce ventilu (přírubové, nástrčné nebo závitové připojení) a v různých materiálech od plastů až po uhlíkovou, legovanou a nerezovou ocel.
PLNÝ VENTIL VS REDUKOVANÝ VENTIL
Tyto pojmy se týkají vztahu mezi průměrem otvoru ventilu a připojeného potrubního systému. Podrobněji:
- Typ „Full port“ (FB) se vyznačuje velikostí otvoru (otvoru koule) odpovídající velikosti otvoru připojeného potrubí. Kulové kohouty s plným portem minimalizují tlakovou ztrátu, která vzniká u ventilů s redukovaným portem, ale jsou samozřejmě objemnější, těžší a dražší. Kulové kohouty FB jsou vhodnější než kulové kohouty RB pro škrticí aplikace.
- Kulový kohout typu „Reduced port“ (RB) má velikost otvoru menší než velikost otvoru připojeného potrubí (například trubky). Médium protékající ventilem je v tomto případě omezeno na určité procento (obvykle mezi 70 a 80 %) plného průtoku v potrubí. Kulový ventil s redukovaným otvorem vytváří v potrubí pokles tlaku.
MATERIÁLY
Tento typ ventilu je k dispozici s litým nebo kovaným materiálem tělesa (monoblok, nebo dělený).
Obvykle mají ventily s průměrem pod 2 palce dvoudílné nebo třídílné kované těleso (nejběžnější je ASTM A105 pro vysokoteplotní provoz, ASTM A350 LF2 a LF3 pro nízkoteplotní provoz a ASTM A182 F304, F316 pro ventily z nerezové oceli nebo vyšších tříd, jako jsou duplexní ventily ASTM A182 F51 a superduplexní ASTM A182 F53/F55).
Kovaná tělesa se používají také pro vysokotlaké ventily s většími rozměry otvorů (s 2 nebo 3 kusy dělené konstrukce tělesa).
Příklady kovaných kulových kohoutů (malé rozměry a nerezový ventil s kovaným tělesem, namontovaný na čepu).
Ventily o velikosti nad 2 palce mají odlévané těleso (nejběžnější třídy jsou ASTM A216 WCB pro vysokoteplotní provoz, ASTM A352 pro nízkoteplotní provoz a ASTM A351 CF8, CF8M pro odlévané ventily z nerezové oceli).
Symbol pro tento typ ventilu v P&ID schématech je znázorněn níže
.