Среди пользователей, ежедневно работающих с запорными клапанами большого диаметра, часто встречается проблема затрудненного закрытия таких клапанов при работе в средах с относительно большим перепадом давления, таких как пар, вода под высоким давлением и т. д. При принудительном закрытии всегда обнаруживается утечка, и клапан трудно закрыть плотно. Причиной этой проблемы является конструкция клапана и недостаточный крутящий момент, не соответствующий пределу возможностей человека.

Анализ трудностей при переключении клапанов большого диаметра

Средний предел горизонтальной силы, которую может развить взрослый человек, составляет 60-90 кг, в зависимости от телосложения.

Как правило, направление потока в шаровом клапане рассчитано таким образом, что поток направлен вниз на вход и вверх на выход. Когда человек закрывает клапан, он толкает маховик, заставляя его вращаться горизонтально, в результате чего заслонка клапана опускается вниз, обеспечивая закрытие. В этот момент необходимо преодолеть сочетание трех сил, а именно:

(1) Осевая сила тяги Fa;

(2) Сила трения Fb между сальником и штоком клапана;

(3) Сила контактного трения Fc между штоком клапана и сердечником диска клапана

Сумма моментов равна ∑M=(Fa+Fb+Fc)R

Видно, что чем больше диаметр, тем больше осевая сила тяги. В состоянии, близком к закрытому, осевая сила тяги практически равна фактическому давлению в трубопроводной сети (поскольку P1-P2≈P1, P2=0).

Например, при использовании шарового клапана диаметром DN200 на паропроводе с давлением 10 бар, только при первом закрытии возникает осевая сила Fa = 10 × πr² = 3140 кг, а горизонтальная круговая сила, необходимая для закрытия, близка к предельной горизонтальной круговой силе, которую может развить обычный человек. Поэтому одному человеку очень трудно полностью закрыть клапан в таких условиях.

Конечно, некоторые заводы рекомендуют устанавливать такие клапаны в обратном порядке, что решает проблему затрудненного закрытия, но при этом возникает проблема затрудненного открытия после закрытия.

Анализ причин внутренних утечек в шаровых клапанах большого диаметра

Шаровые вентили большого диаметра обычно используются на выходе из котлов, в главных цилиндрах, паропроводах и других местах. В этих местах возникают следующие проблемы:
(1) Как правило, разница давлений на выходе из котла относительно велика, поэтому расход пара также больше, а эрозионное повреждение уплотнительной поверхности также больше. Кроме того, эффективность сгорания в котле не может быть 100%, что приведет к тому, что пар на выходе из котла будет иметь большое содержание воды, что легко вызовет кавитацию и кавитационное повреждение уплотнительной поверхности клапана.

(2) Что касается запорного клапана вблизи выхода из котла и субцилиндра, поскольку пар, только что вышедший из котла, имеет периодический перегрев, в процессе его насыщения, если умягчение котловой воды проведено недостаточно хорошо, часть воды часто выпадает в осадок. Кислотные и щелочные вещества вызывают коррозию и эрозию уплотнительной поверхности; некоторые кристаллизующиеся вещества также могут прилипать к уплотнительной поверхности клапана и кристаллизоваться, в результате чего клапан не может обеспечить герметичность.

(3) Что касается впускных и выпускных клапанов субцилиндров, то потребление пара после клапана может быть большим, а иногда малым из-за производственных требований и других причин. Это приводит к эрозии, кавитации и другим повреждениям уплотнительной поверхности клапана.

(4) Как правило, при открытии трубопровода большого диаметра необходимо предварительно прогреть его, и процесс предварительного прогрева обычно требует прохождения небольшого потока пара, чтобы трубопровод медленно и равномерно прогрелся до определенной степени, прежде чем запорный клапан будет полностью открыт, во избежание повреждения трубопровода. Быстрый нагрев вызывает чрезмерное расширение, которое повреждает некоторые соединительные элементы. Однако в этом процессе открытие клапана часто бывает очень малым, что приводит к скорости эрозии, значительно превышающей нормальный эффект эксплуатации, и серьезно сокращает срок службы уплотнительной поверхности клапана.

Решения проблем, возникающих при переключении шаровых клапанов большого диаметра.

(1) Прежде всего, рекомендуется выбрать шаровой клапан с сильфонным уплотнением, что исключает влияние сопротивления трения плунжерного клапана и сальникового клапана и облегчает переключение.

(2) Сердечник клапана и седло клапана должны быть изготовлены из материалов с хорошей стойкостью к эрозии и износостойкостью, таких как карбид стеллита;

(3) Рекомендуется использовать конструкцию с двойным клапанным диском, которая не вызовет чрезмерной эрозии из-за малого отверстия, что повлияет на срок службы и герметичность.