Palloventtiilissä on pallomainen levy, joka avaa ja sulkee nesteen virtauksen. Ne ovat alan standardi putkistojen sulkusovelluksissa, sillä niiden rakenne takaa erittäin tiiviin ja vuotamattoman tiivistyksen jopa vuosien käytön jälkeen. Kaksi tärkeintä palloventtiilityyppiä ovat kelluva ja nivelkantainen rakenne (sivulta tai ylhäältä sisäänmenevä). Runko voi olla valettu tai taottu ja yksi- tai kaksi- tai kolmiosainen. API 6D ja ASME B16.34 ovat keskeisiä spesifikaatioita.
MIKÄ ON PALLOVENTTIILI?
Palloventtiilit ovat keskeisiä laitteita nesteen (öljy, kaasu, höyry jne.) virtauksen (öljyn, kaasun, höyryn jne.) sulkemiseen ja säätelemiseen petrokemian teollisuudessa.
PALLOVENTTIILIEN EDUT JA HAITAT
Tällaisella venttiilillä on seuraavat edut:
- voidaan avata ja sulkea nopeasti neljänneskierrosliikkeellä
- varmistavat erittäin tiiviin tiivistyksen ilman suuria vääntövoimia
- ovat rakenteeltaan kompakteja (tämä on tärkein ero palloventtiilin ja sulkuventtiilin välillä – molemmat ovat on/off-laitteita)
Haitat ovat:
- venttiilillä on huonot säätö- ja kuristusominaisuudet, koska se on suunniteltu putkiston sulkemiseen eikä virtauksen muokkaamiseen (tämä on ihanteellinen toiminto palloventtiileille): kuristaminen aiheuttaa osittain paljaan istukan syöpymisen venttiiliin kohdistuvan suuren virtausnopeuden ja paineen vuoksi. Kuluminen voi johtaa venttiilin asteittaiseen vuotamiseen.
- Venttiiliä ei voi käyttää lietteille, koska suspendoituneiden hiukkasten ja roskien kertyminen saisi venttiilin vuotamaan. Nämä hiukkaset voivat jähmettyä onteloihin kuulan ja istukoiden läheisyydessä. Palloventtiilit ovat paljon tehokkaampia kaasujen ja muiden nestemäisten nesteiden kanssa (jopa haastavien kemikaalien, kuten kuivan kloorin, fluorivetyhapon tai suolahapon ja hapen kanssa).
- voi olla vaikea puhdistaa (paitsi ylhäältä sisäänmenevässä mallissa)
Venttiilin avoin, suljettu tai osittain avoin asento voidaan havaita vivun asentoa tarkastelemalla:
- Kun vipu on linjassa putkeen nähden, venttiili on auki; kun vipu on kohtisuorassa putkeen nähden, venttiili on kiinni;
- kun vipu on missä tahansa muussa asennossa, venttiili on osittain auki (tai osittain kiinni) ja säätelee virtausta.
Nämä venttiilit kuuluvat ”neljänneskäännösventtiilien” tai ”1/4-käännösventtiilien” perheeseen (yhdessä läppäventtiilien ja tulppaventtiilien kanssa), koska avautumis- ja sulkeutumistoiminnot suoritetaan kääntämällä levyyn kytkettyä vipua 90 astetta.
Keskeiset palloventtiilien tekniset tiedot ovat API 6D, BS 5351 (taottu) ja ASME B16.34 (paine- ja lämpötilaluokitukset), ASME B16.5/B16.47 (laippapäät) ja ASME B16.25 (tyssähitsauspäät).
MITEN SE TOIMII?
Venttiilin sisällä olevassa pallossa on reikä, jonka läpi virtaus kulkee vapaasti, kun se on täysin linjassa venttiilin molempien päiden kanssa. Kun reikä on täysin kohtisuorassa laitteen päihin nähden, venttiili on täysin tiivis.
Muussa tapauksessa, kun reikä on missä tahansa muussa asennossa (esimerkiksi kohtisuorassa venttiilin päihin nähden), virtaus katkeaa kokonaan tai osittain.
Palloventtiili vs. sulkuventtiili
Tämä venttiili suorittaa saman toiminnon kuin sulkuventtiili (sulkeminen). Palloventtiilin ja sulkuventtiilin ero on siinä, että edellisessä käytetään pallopalloa virtauksen avaamiseen/sulkemiseen, jälkimmäisessä käytetään istukan päällä istuvaa kiekkoa. Ero näiden kahden venttiilin välillä on siis suunnittelussa ja pienikokoisuudessa.
Palloventtiili vs. palloventtiili
Nämä venttiilit eivät ole yhtä tarkkoja kuin palloventtiilit nesteen virtauksen kuristamiseksi, koska niissä on yleensä positiiviset (0, 45 ja 90 asteen kulmassa) asennot inkrementaalisten asemien sijaan. Lisäksi venttiili vahingoittuisi pitkällä aikavälillä osittaisista auki-asennoista (tai toistuvista auki- ja sulkemisoperaatioista) (ei ole ongelma palloventtiileille).
PALLOVENTTIILITYYPIT
Palloventtiilit voidaan luokitella useiden kriteerien mukaan:
- Rakenne: kelluva, nivelakselilla asennettu ja kaksoispuhallus ja -lukitus
- Aukkojen lukumäärä:
- Bore size: full bore tai reduced bore (FB vs. Reduced bore). RB) ja V-kolo
- Runkokokoonpano: unibody (pallon runko on valmistettu yhdestä ainoasta kappaleesta valettua tai taottua terästä), 2-kappaleinen tai 3-kappaleinen (runko syntyy kahden tai kolmen eri osan kokoonpanosta)
- Pallon pääsy:
- Seat-tyyppi: metallinen tai pehmeä (teflon)
LEVITYSKUULAVENTTIILI
LEVITYSKUULAVENTTIILI
LEVITYSKUULAVENTTIILISSÄ kuula on riippuvainen virtaavasta nesteestä, ja se pysyy paikoillaan kahden elastomeerisen istukan sitä vasten tapahtuvan puristuksen avulla.
Akseli on kytketty pallon yläosaan ja mahdollistaa siirtymisen avoimesta asennosta suljettuun asentoon neljänneskierrosliikkeellä (90 astetta).
Kun akselia liikutetaan, palloon kohdistuu kuorma, joka puristuu istukoita vasten.
Tämä rakenne, joka on kevyt ja taloudellinen, sopii enintään 10 tuuman läpivientikokoihin: tämän läpivientikoon yläpuolella venttiilin istukat eivät kestäisi raskaampia ja painavampia palloja, eikä venttiili toimisi turvallisesti ja tehokkaasti.
Liukuventtiilit mahdollistavat virtauksen kaksisuuntaisen sulkemisen (kuten trunnion-tyyppi).
(Lähde: Walworth Valves Youtube-kanava)
TRUNNION-KUULAVENTTIILI
Trunnion-venttiilit otettiin käyttöön, jotta pystytään selviytymään tavallisten liukuventtiileiden kokorajoituksista, jotka on kuvattu edellä. Tämäntyyppisissä venttiileissä akseli, pallo ja tukeva kannatin toimivat yhtenä kiinteänä kokoonpanona, joka kykenee kestämään suurikokoisten pallojen aiheuttamat suuret kuormitukset.
Kokojoustoedun lisäksi jalustaventtiilissä on pienempi käyttömomentti verrattuna kelluvaan venttiilirakenteeseen (mikä voi olla eduksi, kun venttiiliä on käytettävä, koska venttiiliä voidaan käyttää pienemmillä ja taloudellisemmilla toimilaitteilla).
Ruostumattomasta teräksestä valmistettu palloventtiili, trunnion-kiinnitteinen tyyppi
(Lähde: Robert Cort – Wartsila Valves Youtube Channel)
SIDE ENTRY VS. TOP ENTRY
Mitä eroa on sivusyöttöisellä ja yläsyöttöisellä palloventtiilillä?
Nämä termit liittyvät tapaan, jolla venttiilin palloon ja sen sisäisiin osiin pääsee käsiksi, joko sivulta (side entry) tai ylhäältä (top entry).
Uijuvia palloventtiileitä ja tynnyrijalustaisia palloventtiileitä on saatavana ”side entry”- ja ”top entry”-rakenteisina.
Top entry -malli määritetään silloin, kun venttiiliin odotetaan kohdistuvan usein inline-huoltotoimia.
Tämä johtuu siitä, että top entry -kuulaventtiilit mahdollistavat helpomman ja nopeamman pääsyn kuulaan ja venttiilin rihlalaitteistoon verrattuna sivusisäänmeneviin venttiileihin (jotka vaativat enemmän kunnossapitotyöaikaa ja -tilaa samoihin toimenpiteisiin).
Tärkeimmät erot näiden kahden palloventtiilin rakenteen välillä ovat:
- Top entry -kuulaventtiilit valmistetaan yleensä valuteräksisistä rungoista; side entry -kuulaventtiilit valmistetaan (kestävistä) takoteräksisistä rungoista
- Top entry -kuulaventtiileissä on monoliittinen rakenne (ne valmistetaan yhdestä ainoasta kappaleesta); side entry -kuulaventtiileissä on kaksi- tai kolmiosainen kokoonpano
- Top entry -kuulaventtiilit vaativat valurunkojensa vuoksi enemmän ainetta rikkomattomia testejä kuin side entry;
- Sivusyöttöiset palloventtiilit ovat helpompia koota ja valmistaa kuin yläsyöttöiset, jotka vaativat pitkäaikaista kokemusta ja käsityötaitoa toimiakseen oikein
- Top-syöttöiset palloventtiilit ovat yleensä kalliimpia kuin sivusyöttöiset palloventtiilit, ja niillä on pidemmät läpimenoajat rungon valmistukseen vaadittavien valutoimintojen vuoksi
3-WAYS
Yleensään palloventtiilillä on kaksi sisääntuloa (”two way”).
Joissain sovelluksissa voidaan kuitenkin määritellä 3-tie palloventtiili. Kolmitiekuulaventtiilissä on kolme porttia (sisäänmenoaukkoa), eikä vain kahta.
Tätä moniporttirakennetta tarvitaan, jotta pääventtiilin sisäänmenoaukosta tuleva neste voidaan ohjata kahteen eri suuntaan (eikä vain yhteen), joita kumpaakin palvelee kaksi erillistä venttiilin ulosmenoaukkoa. Toinen tyypillinen 3-tie-kuulaventtiilin käyttökohde on se, että päävirtauslinjaa palvelee kaksi erillistä ja vaihtoehtoista tuloaukkoa.
3-tie-kuulaventtiilin pallo voi olla L- tai T-muotoinen, kuten alla olevassa kuvassa näkyy. Lisäksi tätä erityyppistä palloventtiiliä on saatavana kelluvana tai tappirakenteisena, minkä tahansa venttiilin päädyn kanssa (laippa-, muhvi- tai kierreliitäntä) ja eri materiaaleista muovista hiiliteräkseen, seosteräkseen ja ruostumattomaan teräkseen.
Täysportti vs. pienennetty portti
Näillä käsitteillä viitataan venttiilin läpimitan läpimitan ja kytketyn putkiston väliseen suhteeseen. Yksityiskohtaisemmin:
- ”Full port” (FB) -tyyppisessä venttiilissä läpimitta (pallon reikä) vastaa liitetyn putkiston läpimittaa. Täysporttiset palloventtiilit minimoivat painehäviön, joka syntyy pienempiporttisissa venttiileissä, mutta ne ovat luonnollisesti järeämpiä, painavampia ja kalliimpia. FB-kuulaventtiilit soveltuvat RB-kuulaventtiileitä paremmin kuristussovelluksiin.
- ”Reduced port” -kuulaventtiilityypissä (RB) on reikäkoko, joka on pienempi kuin liitetyn putkiston (esimerkiksi putken) reikäkoko. Venttiilin läpi virtaava väliaine on tällöin rajoitettu tiettyyn prosenttiosuuteen (yleensä 70-80 %) putkiston täydestä virtauksesta. Pienennetyn aukon palloventtiili aiheuttaa painehäviön putkistossa.
MATERIAALIT
Tätyyppinen venttiili on saatavana valetuilla tai taotuilla runkomateriaaleilla (yksilohkoinen tai jaettu).
Yleensä alle 2 tuuman halkaisijaltaan olevissa venttiileissä on 2 kpl tai 3 kpl taottu runko (yleisimmät ovat ASTM A105 korkealämpötilakäyttöön, ASTM A350 LF2 ja LF3 matalalämpötilakäyttöön ja ASTM A182 F304, F316 ruostumattomasta teräksestä valmistetuille venttiileille tai korkeammista laatuluokista, kuten duplex-venttiileistä ASTM A182 F51 ja superduplex-venttiileistä ASTM A182 F53/F55).
Taottuja runkoja käytetään myös korkeapaineventtiileissä, joissa on suuremmat läpiviennit (2- tai 3-osainen jaettu runkorakenne).
Esimerkkejä taotuista palloventtiileistä (pienikokoiset ja ruostumattomasta teräksestä valmistetut venttiilit, joissa on taottu runko ja jotka on asennettu tynnyriin).
Venttiileissä, joiden koko on yli 2 tuumaa, on valettu runko (yleisimmät laatuluokat ovat ASTM A216 WCB korkealämpötilakäyttöön, ASTM A352 matalalämpötilakäyttöön ja ASTM A351 CF8, CF8M valettuihin ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin venttiileihin).
Tämän tyyppisten venttiileiden symboli P&ID-diagrammeissa on kuvattu seuraavassa muodossa:
