Evolusi-Katup Bola yang Mencakup Segalanya

Desain yang kompak, kesederhanaan penggunaan, kemudahan perbaikan dan kemampuan kinerja yang luas telah membantu menjadikan katup bola sebagai desain yang dominan dalam aplikasi industri modern.

Penemuan katup bola telah terbukti menjadi perkembangan revolusioner bagi industri katup, menyediakan berbagai solusi unik yang memenuhi persyaratan kontrol aliran modern. Namun keberhasilan penerapannya tidak serta merta terlihat.

Pada awal masa pakai katup bola, aset dan nilainya saat ini tidak direalisasikan. Kurangnya teknologi pemesinan untuk membuat bola yang benar-benar bulat tidak ada. Dan bahan penyegel pada saat itu, yang terkait dengan penggunaan karet alam, sangat terbatas dan menghalangi penerapan katup bola untuk keperluan industri yang signifikan.

Selama Perang Dunia II dan memasuki tahun 1950-an, teknologi permesinan yang dikembangkan untuk keperluan perang memungkinkan keunggulan yang melekat pada katup bola untuk diperkenalkan ke dalam penggunaan militer. Perkembangan bahan sintetis seperti polytetrafluoroethylene (PTFE), yang sering dikenal dengan nama merek Teflon, membuka jalan bagi penerapannya di sektor industri.

Saat ini, katup bola digunakan dalam beragam aplikasi untuk mengontrol aliran cairan, gas, dan bahkan padatan. Aplikasi ini berada pada suhu yang berkisar dari -450 derajat F (-267 derajat ) hingga lebih dari 1600 derajat F (871 derajat ). Tekanan dapat berkisar dari vakum penuh hingga lebih dari 20.000 psi.

Desain Katup Bola

Komponen utama katup bola adalah badan, bola, dudukan, dan batang. Komponen-komponen ini dapat dibuat dari berbagai macam bahan. Katup bola ditawarkan dalam berbagai sambungan ujung, termasuk flensa, berulir, ujung las dan wafer, serta sambungan ujung khusus.

Dasar-dasar

Desain katup bola termasuk dalam kategori katup seperempat-putaran, termasuk katup sumbat dan katup kupu-kupu. Kategori putaran-seperempat ini berarti batang katup diputar 90 derajat untuk pengoperasian.

Desain yang paling umum adalah desain mengambang dan desain-terpasang trunnion. Biasanya penyegelannya dua arah dan dapat diorientasikan pada posisi atau arah apa pun untuk membuka dan menutup.

Beberapa keunggulan dasar katup bola ini dibandingkan desain lainnya meliputi:

port penuh untuk-efisiensi aliran tinggi

torsi lebih rendah

rentang tekanan dan suhu yang lebih luas

kemampuan siklus tinggi

segel batang unggul

api-aman

biaya lebih rendah untuk mengotomatisasi.

Desain bola mengambang awalnya menekan bola di antara dudukan empuk saat katup dipasang. Hal ini memaksa bahan dudukan untuk-mengalir dingin ke dalam pori-pori bola, menciptakan ruang hampa dan-segel tekanan rendah. Dalam posisi tertutup, tekanan garis memaksa bola masuk ke dudukan hilir. Hal ini memberikan penutupan yang ketat pada desain tekanan dan suhu kursi.

Desain mengambang paling umum dalam kisaran ukuran 1/4 hingga 12 inci, meskipun beberapa produsen menawarkan ukuran hingga 18 inci. Ukuran katup bola terapung dibatasi oleh ukuran dan berat bola, dan oleh torsi yang diperlukan untuk memutarnya seiring bertambahnya ukuran.

Desain yang dipasang pada trunnion-berfungsi kebalikan dari desain mengambang. Pada desain trunnion, bola tidak dapat mengapung tetapi ditempatkan secara kaku oleh batang di bagian atas dan poros atau trunnion, dengan memanfaatkan bantalan di bagian bawah. Tempat duduknya dikompres terhadap bola menggunakan pegas atau pegas untuk mengembangkan segel tekanan-rendah awal.

Dudukan katup trunnion dirancang dengan segel untuk diberi energi-proses, dengan meningkatnya tekanan yang memaksa dudukan di bagian hulu semakin keras ke dalam bola. Hal ini memberikan penutupan yang ketat pada desain tekanan dan suhu kursi.

Desain trunnion biasanya mengambil alih aplikasi desain bola mengambang dan dapat ditemukan dalam kisaran ukuran 3-72 inci. Keuntungan dari desain katup ini menjadi jelas seiring dengan bertambahnya ukuran katup.

Berat bola dan torsi pengoperasian bukan merupakan faktor, karena dudukan pada katup trunnion tidak menopang bola. Ini berarti dudukan katup trunnion dapat dikhususkan untuk menyegel bola, sehingga memungkinkan katup yang jauh lebih besar dengan aktuasi yang lebih kecil daripada yang dapat dibuat pada jenis desain mengambang apa pun.

Tubuh

Badan katup bola dapat dicor, ditempa, atau dikerjakan dari hampir semua logam yang ada. Hal ini disebabkan desain katup bola yang sederhana dan kompak. Logam yang dapat digunakan meliputi:

Non-besi, seperti kuningan, perunggu, dan aluminium

Logam berbahan dasar besi-, termasuk besi, baja karbon, dan baja tahan karat

Logam-berbasis nikel, yang mencakup Hastelloy, Inconel, dan nikel

Logam reaktif, termasuk titanium, tantalum dan zirkonium.

Katup bola juga dibuat dari berbagai plastik dan polimer, termasuk PVC, polietilen, dan polipropilena. Katup bola juga dapat dilapisi dengan polimer dan plastik, dan dapat dibuat dari atau dilapisi dengan keramik seperti alumina dan zirkonia.

Desain dasar badan katup di Amerika Serikat memenuhi pedoman standar B16.34 ASME (American Society of Mechanical Engineers). Standar ini menentukan ketebalan dinding, tingkat tegangan, dan parameter lainnya sehubungan dengan hubungan tekanan-suhu untuk sebagian besar paduan besi.

Pedoman B16.10 juga menentukan dimensi yang dapat diterima dari banyak kelas katup, seperti standar-khusus industri seperti standar 6D API (American Petroleum Institute) untuk katup pipa dan API 608, "Katup Bola Logam-Flanged, Threaded, dan Welding Ends." Spesifikasi ini mengontrol dimensi, material, dan aplikasi untuk memastikan desain katup tetap konsisten dari pabrikan ke pabrikan dan aman untuk aplikasi yang dimaksudkan.

Katup bola dalam layanan saluran air tercakup dalam standar AWWA (American Waterworks Association), C507-18, "Katup Bola, 6 inci hingga 60 inci (150 mm hingga 1500 mm)."

Banyak negara lain yang memiliki standar nasional, dan beberapa organisasi juga mengembangkan standar internasional. Produsen katup yang ingin memasuki pasar global harus mematuhi standar ISO (Organisasi Internasional untuk Standardisasi), PED (European Commission - Pressure Equipment Directive), CE (PED) dan ATEX (Bureau Veritas), di antara banyak standar lain yang ada, seperti di Tiongkok dan Rusia. Memenuhi standar-standar ini telah menjadi mandat perdagangan dengan Uni Eropa, serta standar JIS untuk Jepang dan persyaratan serupa di negara lain.

Spesifikasi umum lainnya untuk peringkat katup bola termasuk WOG (air/minyak/gas), CWP (tekanan kerja dingin) dan WSP (tekanan uap kerja). Peringkat ini lebih terbatas dan biasanya ditetapkan oleh masing-masing produsen. Semua spesifikasi ini akan membentuk kurva tekanan/suhu untuk desain katup, yang menurunkan nilai tekanan seiring dengan kenaikan suhu.

Desain bodi dibagi menjadi empat konfigurasi dasar:

Tiga-Ayunan Bagian. Bodinya dirancang dalam tiga bagian dengan kemampuan untuk dengan mudah mengayunkan bagian tengah bodi keluar dari jalur untuk perbaikan tanpa harus melepas seluruh katup. Ini berguna ketika katup diulir atau dilas ke dalam pipa.

Akhiri Entri. Desain ini menggunakan desain-satu bagian atau unibody. Semua komponen internal dirakit ke dalam katup melalui ujung, di mana sumbat ujung dipasang untuk menahan bagian-bagian tersebut. Desain ini menghilangkan segala bentuk segel bodi atau kap mesin, sehingga menghilangkan potensi jalur kebocoran.

Tubuh Terbelah. Desain ini (Gambar 5), sesuai dengan namanya, membagi bodi menjadi dua bagian dan memungkinkan perakitan mudah serta segel bodi lebih sedikit dibandingkan desain tiga-bagian.

Desain bodi terpisah ini sangat menguntungkan bila ukuran katupnya besar, sehingga memudahkan perakitan komponen berukuran besar.

Entri Teratas. Desain entri atas menggunakan satu-bagian isi seperti entri akhir, kecuali bagian atas isi diekspos untuk merakit bagian internal. Kap mesin kemudian dibaut ke bagian atas katup, sehingga desain ini dapat diperbaiki-sejajar, mirip dengan desain tiga-bagian. Desain entri atas yang paling umum adalah unik untuk desain katup bola, karena bola dan dudukannya mengapung dan beroperasi secara serempak dan meruncing di dalam bodi, tidak seperti desain lainnya.

Bola

Elemen pengatur aliran katup bola, tentu saja, adalah bola. Bola bekerja melawan dudukan dan dapat menghentikan atau mengontrol aliran melalui katup. Bola dirancang dan diproduksi dengan toleransi yang ketat untuk penyelesaian permukaan dan kebulatan, atau kebulatan. Bola dan dudukan sangat penting untuk kelancaran pengoperasian, pengurangan torsi, dan kinerja penyegelan yang baik, terutama bila dudukan logam dan penyegelan logam-ke-logam diperlukan. Konfigurasi port bola dapat bervariasi dari gaya lubang lurus dan tembus standar hingga gaya multi-port untuk katup bola yang menawarkan desain port tiga arah hingga lima arah. Meskipun sebagian besar desain katup bola menggunakan bola bulat penuh, ada juga desain yang menggunakan bola setengah (sektor) dan yang menggunakan aksi bubungan untuk memaksa bola masuk ke dudukannya.

Bola yang digunakan dalam katup dibuat dari berbagai bahan, termasuk logam, keramik, atau plastik. Bola logam dapat dipercantik dengan berbagai pelapis atau perawatan permukaan. Ini digunakan untuk memberikan peningkatan ketahanan aus, ketahanan terhadap korosi atau kekerasan tinggi untuk mencegah kerusakan, dimana logam dasar tidak tahan.

Peningkatan permukaan dapat mencakup polimer, semprotan api, nikel tanpa listrik, pelapisan PVD, dan proses difusi seperti aplikasi nitrida dan borida. Peningkatan ini merupakan alasan utama keberhasilan penerapan katup bola dalam berbagai macam aplikasi yang saat ini digunakan.

Kursi

Peningkatan desain dan teknologi kursi telah memungkinkan katup bola berkembang ke beragam aplikasi. Kursi ini dapat memberikan berbagai fungsi, tergantung pada desain katup dan bahan kursi.

Mereka perlu memberikan penutup yang rapat jika terbuat dari bahan yang tahan banting, serta menopang bola dalam desain bola mengambang, menahan servis, dan memberikan umur siklus yang baik. Kursi juga dapat dilengkapi port berkarakter untuk tujuan kontrol aliran.

Desain kursi empuk biasanya disebut sebagai desain "jam" yang memberikan-kontak wajah penuh saat dirakit, atau sebagai desain bibir fleksibel yang mengurangi kontak wajah untuk torsi lebih rendah dan meningkatkan masa pakai.

Desain bodi yang berbeda akan menggunakan ini atau variasi desain dasar jok empuk. Banyak desain pabrikan juga menyediakan beberapa bentuk pelepas tekanan rongga, mencegah kerusakan dudukan dan katup jika terjadi tekanan rongga yang terperangkap dari media yang terperangkap dalam katup tertutup.

Bahan kursi empuk yang digunakan saat ini termasuk, namun tidak terbatas pada:

Karet, termasuk neoprene dan Buna

Fluoropolimer, termasuk PTFE, TFM, PBI dan PFA

UHMWPE (polietilen dengan berat molekul sangat{{0}tinggi)

MENGINTIP (polieter eter keton)

Delrin

Nilon

Desain dudukan logam digunakan pada katup bola untuk menangani aplikasi yang paling berat, termasuk tekanan tinggi, suhu tinggi, sifat abrasif, dan kontrol aliran.

Ada banyak desain dudukan logam yang digunakan, yang paling umum adalah dudukan yang terbuat dari logam padat, permukaannya dikeraskan atau dilapisi, dan diikatkan ke bola yang telah dikeraskan serupa. Ini cocok dengan permukaan bola dan tempat duduk untuk mempengaruhi segel yang baik.

Desain lainnya mencakup logam sinter yang diresapi dengan grafit atau PTFE, dan bahkan beberapa desain fleksibel. Dudukan yang memiliki ketahanan harus memiliki-kekencangan gelembung, namun sebagian besar katup dengan dudukan logam memungkinkan terjadinya kebocoran per tingkat spesifikasi kebocoran katup bola-dudukan logam. Spesifikasi yang paling umum adalah MSS-SP-61 dan API 598. Spesifikasi lain yang umumnya diterapkan pada katup bola berlapis logam mencakup standar FCI 70.2 dan API.

Kebanyakan desain bola mengambang-yang terbuat dari logam menggunakan pegas dan/atau segel untuk menekan dudukan terhadap bola, dan untuk menutup bagian belakang dudukan terhadap tekanan rendah. Bola mengapung di kursi hilir seiring meningkatnya tekanan, memberikan penutup pada desain tekanan dan suhu kursi, mirip dengan versi-dudukan empuk.

Dalam desain trunnion, pegas dan seringkali beberapa segel digunakan untuk menangkap tekanan saluran, memaksa kursi lebih keras terhadap bola seiring dengan meningkatnya tekanan. Beberapa pabrikan bahkan memasukkan permukaan tempat duduk ke dalam badan katup, menghilangkan pegas dan segel dalam satu arah. Namun hal ini biasanya menghasilkan pengoperasian katup searah.

Batang

Batangnya digunakan pada katup bola untuk memutar bola ke posisi terbuka atau tertutup, atau ke posisi tengah untuk mengontrol aliran. Bahan yang digunakan untuk batang harus menahan lebih dari sekedar tekanan badan, bola atau kursi. Mereka harus menahan korosi dan suhu proses sambil mempertahankan kekuatan yang cukup untuk menahan torsi yang diterapkan ketika katup dioperasikan. Oleh karena itu, bahan dengan kekuatan lebih tinggi dan tahan korosi-biasanya dipilih untuk pembuatan batang.

Karena batang merupakan penghubung ke bola, maka harus melewati badan agar dapat dioperasikan secara eksternal. Hal ini mengharuskan batang memiliki segel untuk mencegah media di dalam katup keluar. Segel harus menutup gelembung-dengan rapat, tahan terhadap korosi dan suhu cairan, serta memberikan umur siklus yang baik.

Bahan segel batang yang umum termasuk polimer seperti PTFE dan PEEK. Untuk suhu yang lebih tinggi atau keamanan kebakaran, segel batang grafit biasanya digunakan. Bahan-bahan ini tetap fleksibel pada rentang suhu yang luas dan tahan terhadap bahan kimia. Pada katup-yang tersegel api, segel tersebut harus tahan terhadap api tanpa bocor.

Desain katup putar seperempat-seperti katup bola memiliki kinerja-segel batang terbaik. Hal ini disebabkan batang bergerak dalam gerakan berputar dibandingkan dengan gerakan batang naik yang terdapat pada katup gerbang dan katup globe. Dengan adanya permasalahan dan peraturan lingkungan saat ini, kinerja segel batang sangat penting bagi produsen katup dan-pengguna akhir.

Desain segel batang terbagi dalam dua kategori dasar: segel-batang berenergi dan badan-segel berenergi. Desain ini menggunakan berbagai jenis segel, yang paling umum adalah elemen cincin datar, chevron, cangkir dan kerucut, serta monolitik.

Batang Berenergi.Dalam desain ini, biasanya terdapat beberapa cincin segel. Beberapa di antaranya berada di dalam batas tekanan badan katup yang menjadi segel utama, dan lainnya berada di luar batas tekanan dalam apa yang disebut kotak "pengemasan" atau "pengisian".

Segel ini dikompresi atau diberi energi melalui tindakan menarik batang ke atas dengan mur batang, yang secara bersamaan menekan segel atas dengan pengikut pengepakan. Sebagian besar desain ini menggunakan pegas Belleville untuk memuat segel secara langsung. Hal ini membuat rakitan stem seal dapat-menyesuaikan diri dan mengkompensasi suhu, sehingga memungkinkan masa pakai siklus yang lebih lama sebelum penyesuaian ulang diperlukan.

Tubuh Berenergi.Dalam desain ini, penyegelan dilakukan di atas batas tekanan dalam kotak isian, sekali lagi menggunakan cincin segel tunggal atau ganda. Beberapa pabrikan mungkin menggunakan bantalan dorong pada batang di bawah batas tekanan, namun sebenarnya tidak ada penyegelan yang dilakukan di sana.

Segel ini dimuat menggunakan "kuk" atau "pelat kelenjar", yang menekan segel di kotak isian menggunakan baut yang dipasang ke badan. Desainnya biasanya menggunakan beberapa pegas Belleville pada baut untuk kembali "memuat" pelat penekan, sehingga segel batang dapat-menyesuaikan dirinya sendiri.

Keuntungan dari desain ini adalah batang bebas mengapung di dalam segel, mengurangi torsi dan meningkatkan umur segel batang. Desain ini juga memungkinkan penggabungan desain "emisi fugitive", yang memanfaatkan beberapa set segel, membuat segel tambahan atau berlebihan untuk aplikasi beracun dan-siklus tinggi.

Aplikasi

Dengan desain dan bahan canggih yang ditawarkan pada katup bola modern, katup ini digunakan di banyak layanan dan industri. Keberhasilan dalam aplikasi ini bergantung pada spesifikasi yang benar dari semua desain dan komponen seperti yang dibahas.

Desain bola tidak terbatas pada servis on/off. Mereka dapat digunakan untuk mengalihkan, mengontrol atau mencampur aliran. Fungsi yang berbeda dapat dicapai dengan memiliki beberapa port untuk pengalihan dan pencampuran, atau dengan memiliki port yang dikarakterisasi, seperti port V-, untuk kontrol aliran.

Penggunaan katup bola kontrol seperempat-putaran menjadi lebih umum dalam-aplikasi kontrol aliran penurunan tekanan sedang. Hal ini disebabkan oleh keunggulan proses berupa biaya yang lebih rendah, penutupan yang ketat, dan akurasi yang tinggi bila digabungkan dengan kontrol digital pada aktuasi listrik dan pneumatik.

Ada juga desain katup bola khusus untuk aplikasi unik. Hal ini dapat mencakup katup untuk layanan kriogenik, yang harus menangani suhu yang sangat rendah, dan katup untuk uap-tekanan tinggi, yang harus menangani suhu dan tekanan yang sangat tinggi.

Aplikasi katup bola lainnya mencakup penggunaannya dalam industri seperti farmasi, dirgantara, nuklir, bioteknologi, serta pulp dan kertas. Aplikasi yang digunakan meliputi asam dan bahan kimia, bubur, cairan termal, uap, dan kriogenik.

Kesimpulan

Desain yang kompak, kesederhanaan penggunaan, kemudahan perbaikan dan kemampuan kinerja yang luas telah membantu menjadikan katup bola sebagai desain yang dominan dalam aplikasi industri modern. Dan katup bola terus berkembang untuk memenuhi tuntutan baru dan lebih sulit.

Sektor industri semakin menekankan pentingnya keselamatan, lingkungan, peningkatan efisiensi, dan pengurangan biaya. Dengan demikian, aset katup bola akan terus menjadikannya pemain penting dengan banyak peran di masa depan.