O supapă cu bilă are un disc sferic pentru a deschide și închide fluxul de fluid. Acestea reprezintă standardul industrial pentru aplicațiile de închidere a conductelor, deoarece designul lor garantează o etanșare foarte etanșă și fără scurgeri chiar și după ani de funcționare. Cele două tipuri principale de supape cu bilă sunt cele de tip flotant și cele cu butuc (cu intrare laterală sau superioară). Corpul poate fi turnat sau forjat și monolit sau divizat (în 2 sau 3 piese). Specificațiile API 6D și ASME B16.34 sunt specificații cheie.
Ce este o supapă cu bilă?
Supapele cu bilă sunt dispozitive cheie pentru închiderea și reglarea debitului unui fluid (petrol, gaz, abur etc.) în industria petrochimică.
AVANTAJE ȘI DEZAVANTAJE ALE VALVULELOR CU BOLĂ
Acest tip de supapă are următoarele avantaje:
- pot fi deschise și închise rapid cu o mișcare de un sfert de tură
- asigură o etanșare foarte etanșă fără a fi nevoie de forțe de torsiune mari
- au un design compact (aceasta este principala diferență între o supapă cu bilă și o supapă de poartă – care sunt ambele dispozitive de tip „on/off”)
Dezavantajele sunt:
- valva are capacități slabe de reglare și de strangulare, deoarece este proiectată pentru închiderea conductei în loc de modularea debitului (aceasta este o funcție ideală pentru supapele cu glob): strangularea determină eroziunea scaunului parțial expus din cauza debitului și presiunii de mare viteză la care este supusă supapa. Uzura poate duce la o scurgere progresivă a supapei.
- Supapa nu poate fi utilizată pentru suspensii, deoarece acumularea de particule în suspensie și resturi ar face ca supapa să prezinte scurgeri. Aceste particule se pot solidifica în cavitățile din apropierea bilei și a scaunelor. Supapele cu bilă sunt mult mai mult foarte eficiente cu gazele și alte fluide lichide (chiar și cu substanțe chimice dificile, cum ar fi clorul uscat, acidul fluorhidric sau acidul clorhidric și oxigenul).
- pot fi dificil de curățat (cu excepția designului cu intrare prin partea superioară)
Posibilitatea de deschidere, închidere sau deschidere parțială a supapei poate fi detectată prin observarea poziției manetei:
- când maneta este aliniată la țeavă, supapa este deschisă; când este perpendiculară pe țeavă, supapa este închisă;
- când este în orice altă poziție, supapa este parțial deschisă (sau parțial închisă) și modulează debitul.
Aceste supape aparțin familiei de supape „sfert de tură” sau „1/4 de tură” (împreună cu supapele cu fluture și supapele cu clapetă), deoarece operațiunile de deschidere și închidere sunt executate prin rotirea cu 90 de grade a unei pârghii conectate la disc.
Specificațiile cheie ale supapelor cu bilă sunt API 6D, BS 5351 (forjate) și ASME B16.34 (presiune și temperatură nominală), ASME B16.5/B16.47 (capete cu flanșă) și ASME B16.25 (capete cu sudură cap la cap).
CUM FUNCȚIONEAZĂ?
Sfera din interiorul supapei are o gaură prin care fluxul trece liber atunci când este complet aliniată cu cele două capete ale supapei. Atunci când orificiul este complet perpendicular pe capetele dispozitivului, supapa este perfect etanșă.
În caz contrar, atunci când orificiul se află în orice altă poziție (perpendicular pe capetele supapei, de exemplu), fluxul este total sau parțial întrerupt.
Supapă cu bilă vs supapă de poartă
Această supapă absolvă aceeași funcție ca o supapă de poartă (închidere). Diferența dintre o supapă cu bilă și o supapă de poartă este că prima folosește o bilă sferică pentru a deschide/închide fluxul, iar cea de-a doua folosește un disc așezat pe un scaun. Prin urmare, diferența dintre aceste două supape constă în design și compactitate.
Supapă cu bilă vs. supapă cu glob
Aceste supape nu sunt la fel de precise ca supapele cu glob pentru a sugruma fluxul de fluid, deoarece au în general poziții pozitive (la 0, 45 și 90 de grade) în loc de poziții incrementale. Mai mult, supapa ar fi deteriorată de pozițiile deschise parțial (sau de operațiunile repetate de deschidere/închidere) pe termen lung (ceea ce nu reprezintă o problemă pentru supapele cu glob).
Tipuri de supape cu bilă
Supapelor cu bilă pot fi clasificate în funcție de mai multe criterii:
- Construcție: flotantă, montată pe butuc și cu dublă purjare și blocare
- Număr de orificii: tipul standard este cu un design cu 2 orificii (1 intrare, 1 ieșire), dar este disponibil și un design cu 3 căi (1 intrare și 2 ieșiri sau invers)
- Dimensiunea alezajului: alezaj complet sau alezaj redus (FB vs. RB), și cu crestătură în V
- Asamblarea corpului: unibody (corpul bilei este realizat dintr-o singură piesă de oțel turnat sau forjat), 2 piese sau 3 piese (corpul rezultă din asamblarea a două sau trei piese diferite)
- Accesul bilei: intrare laterală sau intrare prin partea superioară (în funcție de faptul că bila poate fi accesată, pentru întreținere, din partea laterală a supapei sau din partea superioară a acesteia)
- Tipul scaunului: metalic sau moale (teflon)
SUBVĂ CU SFERĂ FLOTANTĂ
Într-o supapă flotantă, bila este suspendată în fluidul care curge și este menținută în poziție prin comprimarea a două scaune din elastomeri împotriva ei.
Arborele este conectat la partea superioară a bilei și permite trecerea de la o poziție deschisă la una închisă cu o mișcare de un sfert de tură (90 de grade).
Când arborele este deplasat, se aplică o sarcină bilei care este presată împotriva scaunelor sale.
Acest design, care este ușor și economic, se potrivește dimensiunilor de alezaj de până la 10 inci: peste această dimensiune de alezaj, scaunele supapei nu ar putea suporta bile din ce în ce mai grele, iar supapa nu ar funcționa în siguranță și eficient.
Supapa flotantă permite o închidere bidirecțională a debitului (ca și tipul cu butuc).
(Sursa: Walworth Valves Youtube Channel)
SUPAPĂ CU SFERĂ cu butuc
Supapa cu butuc a fost introdusă pentru a face față limitărilor dimensionale ale supapelor flotante standard prezentate mai sus. Într-adevăr, în acest tip de supape, arborele, bila și butucul de susținere acționează ca un singur ansamblu solid capabil să reziste la sarcinile grele generate de bilele de dimensiuni mari.
Pe lângă avantajul flexibilității dimensionale, o supapă cu butuc prezintă un cuplu de operare mai mic în comparație cu un model de supapă flotantă (ceea ce poate deveni un avantaj atunci când supapa trebuie să fie acționată, deoarece pot fi montate actuatoare mai mici și mai economice pentru a acționa supapa).
O supapă cu bilă din oțel inoxidabil, tip montat pe butuc
(Sursa: Robert Cort – Wartsila Valves Youtube Channel)
SIDE ENTRY VS. TOP ENTRY
Care este diferența dintre o supapă cu bilă cu intrare laterală și o supapă cu bilă cu intrare superioară?
Acești termeni se referă la modul în care se poate accesa bila supapei și piesele sale interne, din lateral (intrare laterală) sau de sus (intrare superioară).
Supapă cu bilă flotantă și montată pe butuc sunt disponibile cu un design cu „intrare laterală” și cu „intrare superioară”.
Designul cu intrare prin partea superioară este specificat atunci când se preconizează activități frecvente de întreținere în linie a supapei.
Acest lucru se datorează faptului că supapele cu bilă cu intrare prin partea superioară permit un acces mai ușor și mai rapid la bilă și la garnitura supapei în comparație cu supapele cu intrare laterală (care necesită mai mult timp și spațiu de întreținere pentru aceleași operațiuni).
Principalele diferențe între aceste două modele de robinete cu bilă sunt:
- Supapele cu bilă cu intrare superioară sunt fabricate, în general, cu corpuri din oțel turnat; supapele cu intrare laterală sunt fabricate cu corpuri (robuste) din oțel forjat
- Supapele cu bilă cu intrare superioară au o structură monolitică (sunt realizate dintr-o singură piesă); supapele cu intrare laterală au un ansamblu din două sau trei piese
- Supapele cu bilă cu intrare superioară necesită mai multe încercări nedistructive decât cele cu intrare laterală din cauza corpurilor turnate;
- Supapele cu bilă cu intrare laterală sunt mai ușor de asamblat și de fabricat decât cele cu intrare superioară, care necesită o experiență îndelungată și măiestrie pentru a funcționa corect
- Supapele cu bilă cu intrare superioară sunt, în general, mai scumpe decât cele cu intrare laterală și au termene de execuție mai lungi din cauza operațiunilor de turnare necesare pentru fabricarea corpului
3-WAYS
În general, o supapă cu bilă are două intrări (sau „două căi”).
Cu toate acestea, pentru unele aplicații, poate fi specificată o supapă cu bilă cu 3 căi. O supapă cu bilă cu 3 căi are 3 porturi (intrări), în loc de numai două.
Acest design cu mai multe porturi este necesar pentru a devia fluidul care vine de la intrarea principală a supapei în două direcții diferite (în loc de una singură), fiecare deservită de două ieșiri separate ale supapei. O altă aplicație tipică a unei supape cu bilă cu 3 căi este aceea de a avea linia principală de curgere deservită de două intrări separate și alternative.
Bila unei supape cu bilă cu 3 căi poate avea un design în L sau în T, așa cum se arată în imaginea de mai jos. Mai mult, acest tip special de supapă cu bilă este disponibil cu design flotant sau cu butuc, cu orice tip de capăt de supapă (racord cu flanșă, soclu sau filetat) și în diverse materiale, de la materiale plastice, la oțel carbon, oțel aliat și oțel inoxidabil.
PORTUL PLIN VS PORTUL REDUS
Aceste concepte se referă la relația dintre diametrul de alezaj al supapei și sistemul de conducte conectat. Mai în detaliu:
- Tipul „Full port” (FB) prezintă o dimensiune a alezajului (orificiul bilei) care se potrivește cu dimensiunea alezajului conductei conectate. Robinetele cu sferă cu orificiu complet minimizează căderea de presiune care este generată de robinetele cu orificiu redus, dar sunt, desigur, mai voluminoase, mai grele și mai scumpe. Robinetele cu bilă FB sunt mai potrivite, decât robinetele cu bilă RB, pentru aplicații de strangulare.
- Robinetul cu bilă de tip „port redus” (RB) are o dimensiune a orificiului care este mai mică decât dimensiunea orificiului conductei conectate (de exemplu, un tub). Mediul care curge prin supapă este, în acest caz, limitat la un procent (în general între 70 și 80%) din debitul total în conductă. Robinetul cu sferă cu orificiu redus creează o cădere de presiune în conductă.
MATERIALE
Acest tip de robinet este disponibil cu corpuri din materiale turnate sau forjate (monobloc, sau divizat).
În general, supapele cu diametrul mai mic de 2 inci au corpuri forjate din 2 piese sau din trei piese (cele mai comune sunt ASTM A105 pentru servicii la temperaturi ridicate, ASTM A350 LF2 și LF3 pentru servicii la temperaturi scăzute și ASTM A182 F304, F316 pentru supapele din oțel inoxidabil sau calități superioare, cum ar fi supapele duplex ASTM A182 F51 și super duplex ASTM A182 F53/F55).
Corpurile forjate sunt, de asemenea, utilizate pentru supapele de înaltă presiune de dimensiuni mai mari ale ale alezajului (cu construcție cu corp divizat din 2 sau 3 piese).
Exemple de supape cu bilă forjate (supape de dimensiuni mici și din oțel inoxidabil cu corp forjat, montate pe butuc).
Ventilele de dimensiuni mai mari de 2 inci au corpul turnat (cele mai comune calități sunt ASTM A216 WCB pentru servicii la temperaturi ridicate, ASTM A352 pentru servicii la temperaturi scăzute și ASTM A351 CF8, CF8M pentru supape turnate din oțel inoxidabil).
Simbolul pentru acest tip de supapă în diagramele P&ID este reprezentat mai jos
.