बॉल वाल्व सीट डिज़ाइन की व्याख्या: सॉफ्ट सीट बनाम मेटल सीट

बॉल वाल्व सीट के मूल सिद्धांतों को समझना

गेंद वाल्ववाल्व पाइपलाइनों के भीतर द्रव मार्गों को खोलने या बंद करने के लिए डिज़ाइन किए गए महत्वपूर्ण द्रव नियंत्रण उपकरण हैं। इनका मूल कार्य एक छिद्र वाली घूर्णनशील गेंद पर निर्भर करता है। स्टेम (आमतौर पर 90 डिग्री का घुमाव) के माध्यम से लगाया गया टॉर्क इस घूर्णन को संचालित करता है जिससे प्रवाह या अवरोध उत्पन्न होता है। हालांकि, सीलिंग प्रदर्शन मूल रूप से वाल्व सीट के डिज़ाइन द्वारा निर्धारित होता है।

गेंद की गति के आधार पर सीट डिजाइन मुख्य रूप से दो श्रेणियों में आते हैं:

1. फ्लोटिंग बॉल के साथ फिक्स्ड सीट:द्रव का दबाव गेंद को अनुप्रवाह की ओर विस्थापित करता है, जिससे वह अनुप्रवाह सीट के विरुद्ध कसकर चिपक जाती है और एक दिशात्मक सील बन जाती है।

2. स्थिर गेंद वाली तैरती हुई सीट:गेंद स्थिर रहती है। स्प्रिंग या द्रव दबाव द्वारा उत्पन्न सीलिंग दबाव, सीट (सीटों) को गेंद के विरुद्ध धकेलकर आवश्यक सीलिंग विशिष्ट दबाव स्थापित करता है।

सॉफ्ट सीट बॉल वाल्व सीटें

सॉफ्ट सीटों में टाइट सीलिंग के लिए इलास्टोमेरिक या पॉलीमर सामग्री का उपयोग किया जाता है, जो उत्कृष्ट शटऑफ प्रदान करती हैं, लेकिन धातु की तुलना में तापमान/दबाव की सीमाएं होती हैं।

1. मानक प्रकार

मानक सॉफ्ट सीट (चित्र 1) प्रीलोड या द्रव दबाव द्वारा गेंद पर संपीड़ित होने पर सीट सामग्री के लोचदार विरूपण के माध्यम से सीलिंग प्राप्त करती हैं। प्रभावी सीलिंग दबाव में गेंद की गोलाई में विचलन और सतह की सूक्ष्म अनियमितताओं की भरपाई करने की सीट सामग्री की क्षमता पर निर्भर करती है। सीट और गेंद के बीच पर्याप्त सीलिंग विशिष्ट दबाव बनाए रखना अत्यंत महत्वपूर्ण है।

2. लोचदार प्रकार

लोचदार सीटों (चित्र 2) में धातु के स्प्रिंग केज या कॉइल स्प्रिंग जैसे लचीले तत्व शामिल होते हैं। ये तत्व सीट को अतिरिक्त भार या द्रव दबाव के तहत लोचदार रूप से विकृत होने देते हैं। यह डिज़ाइन तापमान में उतार-चढ़ाव, दबाव में परिवर्तन और घिसाव के कारण सीलिंग पर पड़ने वाले प्रभावों की प्रभावी रूप से भरपाई करता है।

(ए) सिंगल बेवल प्रकार

(बी) डबल बेवल ड्यूल-लाइन प्रकार

(सी) वी-लाइन सेल्फ-सीलिंग प्रकार

(घ) विशेष प्रकार

3. स्प्रिंग-असेंबल प्रकार

मूल सिद्धांत (चित्र 3) में वाल्व चैनल की परिधि के चारों ओर संपीड़न स्प्रिंगों के एक सेट को समान रूप से वितरित करना, या एक एकल डिस्क स्प्रिंग का उपयोग करना शामिल है। यह व्यवस्था निरंतर दबाव प्रदान करती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि सीट विश्वसनीय प्रीलोड सील के लिए बॉल के विरुद्ध निरंतर दबाव बनाए रखती है।

(ए) संपीड़न स्प्रिंग प्रकार

(बी) डिस्क स्प्रिंग प्रकार

4. पिस्टन-प्रकार की सीट

पिस्टन सीट (चित्र 4) सीलिंग बल उत्पन्न करने के लिए इनलेट माध्यम के दबाव का उपयोग करती है। यह दबाव पिस्टन जैसी सीट को बॉल के विरुद्ध धकेलता है, जिससे सीलिंग रिंग में इलास्टोप्लास्टिक विरूपण होता है और कड़ा बंद होना सुनिश्चित होता है।

(ए) ब्लॉक और ब्लीड सीट (डबल ब्लॉक और ब्लीड - डीबीबी):इसमें एक अनोखी सुरक्षा डिज़ाइन है। यदि कैविटी का दबाव डाउनस्ट्रीम दबाव से अधिक हो जाता है, तो एक बाहरी बल स्प्रिंग के प्रतिरोध को पार कर लेता है, जिससे सीट बॉल से अलग हो जाती है। इससे कैविटी में मौजूद अतिरिक्त दबाव डाउनस्ट्रीम की ओर निकल जाता है। दबाव बराबर होने पर स्प्रिंग वाल्व को वापस अपनी जगह पर लगा देती है।

(ख) दोहरी गति वाली सीट:यह प्रक्रिया तब सक्रिय होती है जब कैविटी का दबाव आउटलेट के दबाव से अधिक हो जाता है। सीट का संपीडन बल सील रिंग में लोचदार विरूपण उत्पन्न करता है। यह डिज़ाइन स्वचालित क्षतिपूर्ति प्रदान करता है; यदि अपस्ट्रीम सील विफल हो जाती है, तो डाउनस्ट्रीम सीट तुरंत सक्रिय हो जाती है।

(सी) दो-चरण सीलिंग सीट:उच्च सीलिंग भार के लिए डिज़ाइन किया गया। बेहतर विश्वसनीयता और दीर्घायु के लिए रबर (प्राथमिक सीलिंग) और प्लास्टिक (सहायक और द्वितीयक सीलिंग) को एक मिश्रित संरचना में संयोजित किया गया है।

5. विशेष संरचना वाली सीटें

इस श्रेणी में विशिष्ट आवश्यकताओं और परिस्थितियों के अनुरूप तैयार किए गए विभिन्न अनूठे डिजाइन शामिल हैं:

(क) आंतरिक/बाह्य रूप से समायोज्य सीट

(ख) धौंकनी सीट

(सी) ग्रीस इंजेक्शन सीट

(घ) दोहरी भूमिका निभाने वाली सीट

(ई) संयोजन सीट

• आंतरिक रूप से समायोज्य सीट:यह सीट और बॉल के बीच विशिष्ट सीलिंग दबाव को नियंत्रित करने के लिए एक आंतरिक समायोजन नट का उपयोग करता है, जिससे बाहरी रिसाव बिंदुओं की अनुपस्थिति का लाभ मिलता है।

• बाहरी रूप से समायोज्य सीट:यह एक बाहरी स्क्रू प्लग का उपयोग करके एक वेज को दबाता है, जिससे एक टेलीस्कोपिंग स्लीव विस्थापित हो जाती है और सीट-टू-बॉल सीलिंग के विशिष्ट दबाव को समायोजित किया जा सकता है।

• बेल्लो सीट:आमतौर पर सीट और गाइड स्लीव को वेल्डिंग (इलेक्ट्रॉन बीम या TIG) द्वारा जोड़ा जाता है। डिज़ाइन में यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि सीट सीलिंग सेंटर, बेल्लो के औसत व्यास से छोटा हो। यह विश्वसनीय सीलिंग, व्यापक लोचदार क्षतिपूर्ति रेंज और त्रि-आयामी लचीलापन प्रदान करता है।

• ग्रीस इंजेक्शन सीट:इसका उद्देश्य सीलिंग को बेहतर बनाना, घर्षण/टूट-फूट को कम करना, सेवा जीवन को बढ़ाना और सीट की खराबी/आग लगने की घटनाओं को रोकना है। इसमें ग्रीस इंजेक्शन पोर्ट भी हैं।नोट: ग्रीस इंजेक्शन मुख्य रूप से सहायक है और सार्वभौमिक रूप से लागू नहीं होता है।
दोहरी क्रियाशील सीट: जब चैम्बर 'N' को नियंत्रित दबाव मिलता है, तो सीट सील करने के लिए बॉल वाल्व पर दबाव डालती है। जब चैम्बर 'M' को दबाव मिलता है और 'N' से हवा निकलती है, तो सीट पीछे हट जाती है, जिससे संपर्क, घिसाव, घर्षण और परिचालन बल कम हो जाता है। उच्च/मध्यम दबाव वाले, बड़े व्यास के बॉल वाल्वों के लिए आदर्श।

• संयोजन सीट:इसमें स्प्रिंग-असेंबल्ड सीट (प्राथमिक सील) को पिस्टन-प्रकार की सीट (जो नियंत्रण दबाव लागू होने पर सहायक सीलिंग प्रदान करती है) के साथ एकीकृत किया गया है।

धातु सीट बॉल वाल्व सीटें

मेटल सील बॉल वाल्व सीटों में बेहतर तापमान, दबाव, घर्षण और जंग प्रतिरोध के लिए धातु या मिश्रित सामग्री का उपयोग किया जाता है, अक्सर नरम सील की तुलना में इनमें रिसाव की दर अधिक होती है, लेकिन गंभीर परिस्थितियों में ये आवश्यक होती हैं।

1. आधार धातु की सीट

वेल्डिंग के माध्यम से धातु की सतह पर कठोर मिश्र धातु (जैसे, स्टेलाइट, टंगस्टन कार्बाइड) की एक परत जमा करके निर्मित (चित्र 6)। इसमें एक लोचदार टेल सीट शामिल है जो संचालन के दौरान सीलिंग सतहों पर घर्षण और क्षति को काफी हद तक कम करती है।

2. बहु-परत सील सीट

स्टेनलेस स्टील की कई चादरों और पतली ग्रेफाइट की चादरों को बारी-बारी से परत दर परत रखकर, फिर विशेष प्रक्रिया के तहत उन्हें रोल-कॉम्पैक्ट करके इसका निर्माण किया जाता है (चित्र 7)। यह अनूठी संरचना उच्च तापमान और दबाव में असाधारण प्रदर्शन प्रदान करती है।

3. खोखली ट्यूब सील सीट

इसमें स्टेनलेस स्टील ट्यूब कोर के साथ आंतरिक और बाहरी बुशिंग की सुविधा है (चित्र 8)। सीलिंग खोखली ट्यूब के विरूपण से उत्पन्न लोचदार बल पर निर्भर करती है, जो सीट को गेंद के विरुद्ध कसकर दबाता है।

4. घूमने वाली सीट

एक अद्वितीय डिज़ाइन (चित्र 9) जिसमें वाल्व के संचालन के दौरान सीट चैनल अक्ष के चारों ओर घूमती है। सीट की परिधि के चारों ओर समान दूरी पर स्थित दांत, हर बार बॉल के बंद होने पर सीट को धीरे-धीरे (एक दांत से) घुमाते हैं। इससे समान परिधीय घिसाव सुनिश्चित होता है, जिससे प्रदर्शन बेहतर होता है और सेवा जीवन बढ़ता है।

गंभीरवाल्व सीट सामग्री

विशेष पॉलिमर सामग्री

निर्धारित तापमान/दबाव सीमाओं के भीतर उत्कृष्ट सीलिंग, कम घर्षण और रासायनिक प्रतिरोध प्रदान करता है।

• पीटीएफई (पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन – एफ4):असाधारण ताप/शीतलन प्रतिरोध (-250°C से +260°C), नॉन-स्टिक गुण, कम घर्षण (μ~0.05) और रासायनिक निष्क्रियता (तेज अम्ल, क्षार और ऑक्सीकारक पदार्थों का प्रतिरोध) के लिए प्रसिद्ध। लगभग 5MPa भार सहन कर सकता है।

• पीसीटीएफई (पॉलीक्लोरोट्राइफ्लोरोएथिलीन – एफ3):उच्च शक्ति, कठोरता, आयामी स्थिरता और ठंड में बहाव न होने की विशेषता प्रदान करता है। तापमान सीमा: -195°C से +120°C। कमरे के तापमान पर गर्म अकार्बनिक अम्लों, ठंडे नमक के घोल/ऑक्सीकारकों और अधिकांश कार्बनिक पदार्थों के प्रति प्रतिरोधी।

• एफईपी (परफ्लोरो(एथिलीनप्रोपिलीन) – एफ46):यह व्यापक तापमान सीमा (-85°C से +205°C) को PTFE जैसी रासायनिक स्थिरता (अम्ल, क्षार, अल्कोहल, कीटोन के प्रति प्रतिरोधक क्षमता) के साथ जोड़ता है। इसका घनत्व, तापीय चालकता और विस्तार मध्यम है।

• पॉलीएमाइड (नायलॉन 1010 – N1010):उच्च तन्यता शक्ति, प्रभाव कठोरता, घर्षण प्रतिरोध और कमरे के तापमान पर स्व-स्नेहन क्षमता। कम घर्षण (μ~0.03), घनत्व ~1.5 ग्राम/सेमी³। दुर्बल अम्ल/क्षार, सामान्य विलायक और तेलों के प्रति प्रतिरोधी।

• पीपीएल (पैरा पॉली फेनिलीन):उच्च तापमान प्रतिरोध, रासायनिक संक्षारण प्रतिरोध और स्व-स्नेहन में उत्कृष्ट। घनत्व ~2 ग्राम/सेमी³, प्रसार ~5.1×10⁻⁵/°C, कठोरता ~80HS। सल्फ्यूरिक अम्ल, HF और प्रबल क्षारों का प्रतिरोध करता है। उत्कृष्ट विकिरण प्रतिरोध, घर्षण μ~0.13।

• पीक (पॉलीथरईथरकेटोन):यह थर्मोसेट जैसी ऊष्मा/रासायनिक स्थिरता को थर्मोप्लास्टिक की प्रसंस्करण क्षमता के साथ मिलाता है। 240°C से अधिक तापमान पर निरंतर उपयोग (कांच से भरे होने पर 300°C से अधिक तक)। यह अधिकांश अकार्बनिक विलायकों और लंबे समय तक भाप के संपर्क (200-260°C) का प्रतिरोध करता है।

• पीआई (पॉलीइमाइड):उच्च तापमान पर लंबे समय तक हवा में उपयोग के लिए उन्नत प्लास्टिक (-240°C से +260°C)। उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन, घिसाव प्रतिरोध, विकिरण प्रतिरोध और यांत्रिक गुण। कमरे के तापमान पर तनु अम्लों/कार्बनिक विलायकों का प्रतिरोध करता है। प्रबल ऑक्सीकारक/अम्लों और लंबे समय तक पानी में डुबोकर रखने से बचें।

धातु सील सामग्री

अत्यधिक कठिन परिस्थितियों के लिए चुना गया: उच्च कठोरता, सतहों के बीच उपयुक्त कठोरता अंतर, सतह सख्त करने के माध्यम से बेहतर घिसाव प्रतिरोध।

• क्रोमियम आधारित कठोर मिश्र धातुएँ (जैसे, स्टेलाइट)

• कोबाल्ट आधारित कठोर मिश्र धातुएँ (जैसे, ट्राइबलॉय)

• निकेल मिश्र धातुएँ (जैसे, इनकोनेल, हैस्टेलॉय)

• टंगस्टन कार्बाइड (WC)

• स्टेनलेस स्टील (जैसे, 316, 17-4PH, 440C – अक्सर कठोर किए हुए) (तुलना के लिए तालिका 1 देखें)

निष्कर्ष: बॉल वाल्व सीट और सील के बारे में मुख्य बातें

• एक प्रकार का अंगूठी:इसमें उच्च स्थिरता, कम घर्षण गुणांक, उत्कृष्ट वृद्धावस्था प्रतिरोध और उत्कृष्ट सीलिंग प्रदर्शन होना चाहिए।

• वाल्व सीट:पर्याप्त मजबूती और कठोरता आवश्यक है। दबाव में आकार बनाए रखने के लिए क्लीयरेंस डिज़ाइन महत्वपूर्ण है। विरूपण का प्रतिरोध करना आवश्यक है।

• धातु की सीटें:अत्यधिक कठिन परिस्थितियों में भी असाधारण प्रदर्शन करना आवश्यक है: उच्च तापमान, उच्च दबाव, तीव्र संक्षारण, क्रायोजेनिक परिस्थितियाँ। महत्वपूर्ण आवश्यकताओं में लगभग शून्य रिसाव, लंबी सेवा आयु और अग्नि सुरक्षा प्रमाणन शामिल हैं।एपीआई 607/6FA), और उत्कृष्ट दबाव/घर्षण प्रतिरोध।

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