Inzicht in de basisprincipes van kogelklepzittingen
KogelkranenDit zijn cruciale vloeistofregelapparaten die zijn ontworpen om vloeistofkanalen in pijpleidingen te openen of te sluiten. Hun kernwerking berust op een roterende kogel met een boring. Het koppel dat via de spindel wordt uitgeoefend (meestal een draaiing van 90 graden) drijft deze rotatie aan om doorstroming te realiseren of de doorstroming te stoppen. De afdichtingsprestaties worden echter in wezen bepaald door het ontwerp van de klepzitting.
Stoelontwerpen vallen hoofdzakelijk in twee categorieën, gebaseerd op de beweging van de bal:
1. Vaste zitting met zwevende bal:Door de vloeistofdruk wordt de kogel stroomafwaarts verplaatst, waardoor deze stevig tegen de zitting stroomafwaarts wordt gedrukt en een afdichting in één richting ontstaat.
2. Zwevende stoel met vaste kogel:De kogel blijft stationair. De afdichtingsdruk wordt gegenereerd door veren of vloeistofdruk die de zitting(en) tegen de kogel drukken om de vereiste specifieke afdichtingsdruk te bereiken.
Zachte zittingen voor kogelkleppen
Zachte toiletbrillen maken gebruik van elastomere of polymere materialen voor een goede afdichting, wat zorgt voor een uitstekende afsluiting, maar wel temperatuur- en drukbeperkingen heeft in vergelijking met metalen brillen.
1. Standaardtype
Standaard zachte zittingen (Fig. 1) bereiken afdichting door de elastoplastische vervorming van het zittingmateriaal wanneer dit door voorspanning of vloeistofdruk tegen de kogel wordt gedrukt. Effectieve afdichting is afhankelijk van het vermogen van het zittingmateriaal om de rondheidsafwijkingen en micro-onregelmatigheden van het oppervlak van de kogel onder druk te compenseren. Het handhaven van voldoende specifieke afdichtingsdruk tussen zitting en kogel is van het grootste belang.
2. Elastisch type
Elastische zittingen (Fig. 2) bevatten flexibele elementen zoals metalen veerkooien of spiraalveren. Deze elementen zorgen ervoor dat de zitting elastisch kan vervormen onder voorspanning of vloeistofdruk. Dit ontwerp compenseert effectief de invloed op de afdichting die wordt veroorzaakt door temperatuurschommelingen, drukveranderingen en slijtage.
(a) Enkelvoudig afgeschuind type
(b) Dubbelzijdige afschuining, dubbellijntype
(c) V-lijn zelfdichtend type
(d) Speciaal type
3. Type met veermontage
Het kernprincipe (Fig. 3) houdt in dat een set drukveren gelijkmatig over de omtrek van het klepkanaal wordt verdeeld, of dat er een enkele schijfveer wordt gebruikt. Deze opstelling zorgt voor een continue stuwkracht, waardoor de zitting een constante druk tegen de kogel behoudt voor een betrouwbare voorspanningafdichting.
(a) Drukveertype
(b) Schijfveertype
4. Zuigerzitting
Zuigerzittingen (Fig. 4) gebruiken de inlaatdruk van het medium om de afdichtingskracht te genereren. Deze druk duwt de zuigerachtige zitting tegen de kogel, waardoor de afdichtingsring elastoplastisch vervormt en een goede afsluiting wordt bereikt.
(a) Blokkeer- en ontluchtingszitting (Dubbel blokkeren en ontluchten – DBB):Dit product is voorzien van een uniek veiligheidsontwerp. Als de druk in de klepholte de druk aan de uitlaatzijde overschrijdt, overwint een naar buiten gerichte kracht de veerweerstand, waardoor de klepzitting van de kogel loskomt. Hierdoor kan de overdruk in de klepholte aan de uitlaatzijde ontsnappen. De veren sluiten de klep vervolgens weer af zodra de druk is gelijkgetrokken.
(b) Dubbele bewegingsstoel:Activeert wanneer de druk in de holte de uitlaatdruk overschrijdt. De compressiekracht van de zitting veroorzaakt elastoplastische vervorming in de afdichtingsring. Dit ontwerp biedt automatische compensatie; als de stroomopwaartse afdichting faalt, grijpt de stroomafwaartse zitting onmiddellijk aan.
(c) Tweetraps afdichtingszitting:Ontworpen voor hoge afdichtingsbelastingen. Combineert rubber (primaire afdichting) en kunststof (ondersteuning en secundaire afdichting) in een composietstructuur voor verbeterde betrouwbaarheid en een langere levensduur.
5. Zitplaatsen met speciale structuur
Deze categorie omvat diverse unieke ontwerpen die zijn afgestemd op specifieke behoeften en omstandigheden:
(a) Intern/extern verstelbare stoel
(b) Balgzitting
(c) Vetinjectiezitting
(d) Dubbelwerkende zetel
(e) Combinatiestoel
• Intern verstelbare zitting:Gebruikt een interne stelschroef om de specifieke afdichtingsdruk tussen zitting en kogel te regelen, wat als voordeel heeft dat er geen externe lekpunten zijn.
• Extern verstelbare zitting:Maakt gebruik van een externe schroefplug om een wig aan te drukken, waardoor een telescopische huls wordt verplaatst om de specifieke afdichtingsdruk tussen zitting en kogel aan te passen.
• Balgzitting:Doorgaans gelast (elektronenbundellassen of TIG-lassen) aan de zitting en geleidingshuls. Het ontwerp moet ervoor zorgen dat het afdichtingscentrum van de zitting kleiner is dan de gemiddelde diameter van de balg. Biedt een betrouwbare afdichting, een groot elastisch compensatiebereik en 3D-flexibiliteit.
• Vetinjectiezitting:Doel: verbeterde afdichting, vermindering van wrijving/slijtage, verlenging van de levensduur en preventie van defecten aan de zitting/brandincidenten. Voorzien van smeerinjectiepoorten.Let op: Vetinjectie is voornamelijk een hulpmiddel en niet universeel toepasbaar.
Dubbelwerkende zitting: Wanneer kamer 'N' onder stuurdruk komt te staan, drukt de zitting tegen de kogel voor een goede afdichting. Wanneer kamer 'M' onder druk komt te staan en 'N' ontlucht, trekt de zitting zich terug, waardoor contact, slijtage, wrijving en bedieningskoppel tot een minimum worden beperkt. Ideaal voor kogelkranen met grote diameter en hoge/middelhoge druk.
• Combinatiestoel:Het combineert een veerbelaste zitting (primaire afdichting) met een zuigerzitting (die zorgt voor extra afdichting wanneer er stuurdruk wordt uitgeoefend).
Metalen zittingen voor kogelkranen
De zittingen van kogelkranen met metalen afdichtingen maken gebruik van metaal of composietmaterialen voor een superieure temperatuur-, druk-, slijtage- en corrosiebestendigheid. Ze hebben vaak een hoger lekpercentage dan zachte afdichtingen, maar zijn essentieel voor zware toepassingen.
1. Zitting van onedel metaal
Vervaardigd door een laag harde legering (bijv. Stellite, wolfraamcarbide) op een metalen substraat aan te brengen via lassen (Fig. 6). Bevat een elastische staartzitting om wrijving en beschadiging van de afdichtingsvlakken tijdens gebruik aanzienlijk te verminderen.
2. Meerlaagse afdichtingszitting
Deze constructie is tot stand gekomen door afwisselend meerdere lagen roestvrijstalen platen en dunne grafietplaten op elkaar te stapelen en deze vervolgens onder speciale omstandigheden te walsen en te verdichten (Fig. 7). Deze unieke structuur zorgt voor uitzonderlijke prestaties bij hoge temperaturen en drukken.
3. Holle buisafdichtingszitting
Het systeem is voorzien van binnen- en buitenbussen met een kern van roestvrijstalen buis (Fig. 8). De afdichting berust op de elastische kracht die ontstaat door de vervorming van de holle buis, waardoor de zitting stevig tegen de kogel wordt gedrukt.
4. Draaibare stoel
Een uniek ontwerp (Fig. 9) waarbij de zitting tijdens de werking van de klep rond de as van het kanaal roteert. Tanden die gelijkmatig verdeeld zijn over de omtrek van de zitting zorgen ervoor dat de zitting bij elke sluiting van de kogel een klein beetje roteert (één tandje). Dit garandeert een gelijkmatige slijtage over de gehele omtrek, optimaliseert de prestaties en verlengt de levensduur.
KritischKlepzittingmaterialen
Speciale polymeermaterialen
Bieden uitstekende afdichting, lage wrijving en chemische bestendigheid binnen vastgestelde temperatuur-/druklimieten.
• PTFE (polytetrafluorethyleen – F4):Bekend om zijn uitzonderlijke hitte-/koudebestendigheid (-250°C tot +260°C), antiaanbakeigenschappen, lage wrijving (μ~0,05) en chemische inertheid (bestand tegen sterke zuren, basen en oxidatiemiddelen). Kan een belasting van circa 5 MPa aan.
• PCTFE (Polychloortrifluorethyleen – F3):Biedt hoge sterkte, hardheid, vormvastheid en geen kruipvervorming bij lage temperaturen. Temperatuurbereik: -195 °C tot +120 °C. Bestand tegen hete anorganische zuren, koude zoutoplossingen/oxidatiemiddelen en de meeste organische stoffen bij kamertemperatuur.
• FEP (Perfluor(ethyleenpropyleen) – F46):Combineert een breed temperatuurbereik (-85°C tot +205°C) met een chemische stabiliteit vergelijkbaar met die van PTFE (bestand tegen zuren, basen, alcoholen en ketonen). Matige dichtheid, thermische geleidbaarheid en uitzetting.
• Polyamide (Nylon 1010 – N1010):Hoge treksterkte, slagvastheid, slijtvastheid en zelfsm smering bij kamertemperatuur. Lage wrijving (μ~0,03), dichtheid ~1,5 g/cm³. Bestand tegen zwakke zuren/basen, gangbare oplosmiddelen en oliën.
• PPL (Parapolyfenyleen):Uitblinkt in hoge temperatuurbestendigheid, chemische corrosiebestendigheid en zelfsm smering. Dichtheid ~2 g/cm³, uitzetting ~5,1 × 10⁻⁵/°C, hardheid ~80 HS. Bestand tegen zwavelzuur, HF en sterke alkaliën. Uitstekende stralingsbestendigheid, wrijvingscoëfficiënt μ ~0,13.
• PEEK (Polyetheretherketon):Combineert de hitte- en chemische stabiliteit van thermohardende kunststoffen met de verwerkbaarheid van thermoplastische kunststoffen. Continu gebruik bij temperaturen boven 240 °C (tot boven 300 °C voor glasvezelversterkte kunststoffen). Bestand tegen de meeste anorganische oplosmiddelen en langdurige blootstelling aan stoom (200-260 °C).
• PI (Polyimide):Geavanceerd hittebestendig kunststof voor langdurig gebruik in de lucht (-240°C tot +260°C). Uitstekende elektrische isolatie, slijtvastheid, stralingsbestendigheid en mechanische eigenschappen. Bestand tegen verdunde zuren/organische oplosmiddelen bij kamertemperatuur. Vermijd sterke oxidatiemiddelen/zuren en langdurige onderdompeling in water.
Metalen afdichtingsmaterialen
Gekozen voor extreme omstandigheden: hoge hardheid, geschikte hardheidsverschillen tussen de vlakken, verbeterde slijtvastheid door oppervlakteharding.
• Harde legeringen op chroombasis (bijv. Stellite)
• Kobaltgebaseerde harde legeringen (bijv. Tribaloy)
• Nikkellegeringen (bijv. Inconel, Hastelloy)
• Wolfraamcarbide (WC)
• Roestvrij staal (bijv. 316, 17-4PH, 440C – vaak gehard) (Zie tabel 1 ter vergelijking)
Conclusie: Belangrijkste inzichten over kogelkraanzittingen en -afdichtingen
• Afdichtring:Het materiaal moet een hoge stabiliteit, een lage wrijvingscoëfficiënt, een uitstekende verouderingsbestendigheid en een uitmuntende afdichtingsprestatie vertonen.
• Klepzitting:Vereist voldoende sterkte en stijfheid. De speling in het ontwerp is cruciaal om de vorm onder druk te behouden. Moet bestand zijn tegen vervorming.
• Metalen stoelen:Moet uitzonderlijke prestaties leveren in extreme omstandigheden: hoge temperaturen, hoge druk, sterke corrosie, cryogene omstandigheden. Kritische eisen zijn onder andere vrijwel geen lekkage, een lange levensduur en brandveiligheidscertificering.API 607/6FA), en een uitstekende druk-/slijtvastheid.
Ontdek PremiumKogelklepOplossingen speciaal ontwikkeld voor uw meest veeleisende toepassingen.
Geplaatst op: 12 juli 2025