Go to top

Kogelafsluiters

Het idee om de vorm van de plug in een plugafsluiter te veranderen in een kogel is voor zover is na te gaan, ontstaan in de U.S.A.; hoofdzakelijk in kleinere maten, met als belangrijkste toepassingsgebied: de hydrauliek. De voordelen van een plugafsluiter waren al ontdekt door de Romeinen. Zij gebruikten in de afvoer van hun baden een constructie die vergelijkbaar is met de huidige uitvoering.

Het eenvoudig 90° verdraaien van open naar dicht en de relatief gemakkelijk te verpakken spindel maakten het syteem 90° verdraaien populair. De voordelen van toen zijn nog steeds aanwezig. Immers, er is geen type aflsuiter dat het wint van de 90° verdraaiende afsluiter, als het gaat om een goede en weinig onderhoud vragende afdichting van de spindel. Ook de automatisering is ten opzichte van andere typen afsluiters eenvoudig, compact en voordelig te noemen.


Artikel gepubliceerd in Roestvast staal nummer 4 1993. artikel 9
 

Inleiding


Met de opkomst van de chemische en petrochemische industrie en niet te vergeten de aardgaswinning, is de ontwikkeling van de kogelafsluiters eerst goed op gang gekomen. De eerste industriële kogelafsluiters hadden een kogelafdichtingsring van Perbunan of Buna-N. De gewoonlijk gegoten stalen kogel was hardverchroomd. De voordelen van de kogelkraan waren duidelijk. Men was af van het vele onderhoud dat de plugafsluiter vereist, namelijk het smeren. Ook de draaimomenten van de kogelkraan waren lager, zodat de bediening goedkoper kon zijn ten opzichte van de plugafsluiter. Het beschikbaar komen van Viton en PTFE zette de kogelafsluiter eerst goed in de lift. Immers, nu kon men de kogelkraan gaan toepassen in de wat hogere temperatuursgebieden.

Eisen aan kogelafsluiters


De toenemende eisen en vragen van de industrie, zeker op het gebied van de veiligheid, en een hoge graad van afdichting, hebben de kogelafsluiter gemaakt tot een van de meest toegepaste afsluiters binnen het toelatingsgebied van druk en temperatuur dat door de toegepaste plastische afdichtingsmaterialen wordt gesteld. Normen zoals aangegeven in de British Standard, ANSI, DIN en vergelijkbare andere normen, schrijven de eisen voor die aan veiligheid en afdichtingsgraad moeten worden gesteld. De druk-temperatuurverhouding wordt aangegeven in grafieken zoals op afbeelding 1 voor PTFE. Met het verhogen van de druk en de temperatuur in de procesindustrie, tezamen met de vraag naar kogelafsluiters die toepasbaar zijn in schurende media, is de ontwikkeling van de metaal-op-metaal afdichtende kogelafsluiter op gang gekomen.

Inwendig bekleden


De technieken voor het opbrengen van een metaallegering met hoge hardheid en hoge slijtageweerstand op een relatief goedkoop basismateriaal, gevoegd bij het beschikbaar komen van geautomatiseerde machines voor zeer nauwkeurige bewerkingen van onder andere de onderdelen van kogelafsluiters, hebben geleid tot het ontstaan van een kogelafsluiter die de eigenschappen heeft van de veel toegepaste kogelafsluiter met 'zachte' afdichtingen. Aldus inwendig beklede kogelafsluiters zijn bovendien geschikt voor gebruik bij hogere druk en temperatuur en ze zijn praktisch ongevoelig voor schurende media.


Afb. 1.
 

Verschillen in afdichtingsmethode


De metaal-op-metaal afdichtende kogelafsluiter vereist andere constructietechnieken ten aanzien van de kogelafsluiter met plastische afdichtingen. Afbeelding 2 toont een metaalafdichtende kogelafsluiter, waarbij duidelijk is te zien dat bijvoorbeeld de kogelafdichtingsringen moeten kunnen veren. Zouden de afdichtingsringen niet verend zijn gemonteerd, dan is het verdraaien van de kogel onmogelijk. Wil men metaal op metaal afdichten, dan zal de kogelafdichtingsring met een bepaalde kracht tegen de kogel moeten worden gedrukt. Heeft men deze benodigde kracht niet 'in de hand', dan is het niet oud denkbeeldig dat er een werking tussen kogel en afdichtingsring optreedt die gelijkenis vertoont met een schijfrem. Bij de op afbeelding 2 weergegeven kogelafsluiter wordt de verende werking van de kogelafdichtingsring verkregen door een veer van Inconel® en een veer van grafiet. Door de jarenlange ervaring met het toepassen van grafiet in afdichtingstechniek en in flexibele constructies, is er kennis verzameld waarmee het mogelijk is om bij zowel hoge- als lage-temperatuurstoepassingen een juiste veerkracht van de kogelafdichtingsring te verkrijgen.


Afb. 2.


Bij metaal-op-metaal afdichtende kogelafsluiters is de graad van nauwkeurigheid tussen kogel- en afdichtingsring van essentieel belang voor de graad van dichtheid van de afsluiter en het draaimoment dat nodig is om de afsluiter te openen of te sluiten. Ook de toepassing van de diverse op te brengen soorten hardpantsering is van invloed, waarbij ook de manier van het opbrengen van de hardpantsering een rol speelt. Er moet worden voorkomen dat de metalen 'vreten', zeker als het medium geen smerende eigenschappen heeft. Druk, temperatuur en medium, gevoegd bij de chemische bestendigheid van de op te brengen hardpantseringslagen, maken het noodzakelijk om de constructie van de spindel- en kogelafdichtingsring steeds aan te passen. Zo komt het voor dat, in tegenstelling tot een kogelafsluiter met plastische afdichtingen, de metaal-op-metaal afdichtende typen van dezelfde fabrikant toch verschillend van constructie zijn. Dit fenomeen verklaart ook de hogere prijs die men moet betalen voor de metaal-op-metaal afdichtende kogelafsluiter, immers serievervaardiging bij aangepaste constructies is niet goed mogelijk.

Typen voor hoge druk en temperatuur


Zoals eerder vastgesteld in dit artikel bestaat er een tendens om de procesdruk en procestemperatuur te verhogen. Derhalve bieden sommige fabrikanten, waaronder Burgmann de mogelijkheid om metaalafdichtende kogelafsluiters te leveren voor ultrahoog vacuüm en voor zeer hoge drukken. De temperatuurgrens kan bij 800°C liggen.  Een lekdichtheid van de metaal-op-metaal afdichtende kogelafsluiters kan voldoen aan BS 6755, Part. 1, Sectie 2, Rare A, hetgeen inhoudt: niet-meetbare lekkage. Door de beperktheid van de kogelafsluiters met plastische afdichtingen in druk en temperatuur en de vele reparaties aan dit soort afdichtingen, is er een steeds grotere behoefte ontstaan aan kogelafsluiters die hoger in het druk-temperatuursgebied kunnen gaan en ook het repareren tot een minimum beperken. Indien prijs levensduurverhouding van beide soorten afsluiters uitpakt ten gunste van de metaal-op-metaal afdichtende kogelafsluiter, wordt het een kwestie van investeren in de toekomst.


Er zijn fabrikanten die hard werken om in de komende maanden op de markt te komen met een metaal opmetaal afdichtende kogelafsluiter in de veel gebruikte range DIN PN 10 t/m PN 40, respectievelijk ANSI 150en 300 LBS ter vervanging van PTFE afdichtende kogelkranen en speciaal daar waar de druk-temperatuursverhouding kritisch te noemen is. Het prijsniveau van deze zogenaamde standaard afsluiters ligt zodanig, dat het niet oudenkbeeldig is dat vele pijpleidingconstructeurs en onderhoudsdiensten zullen overschakelen van een kogelafsluiter met zachte zittingen naar een met een metaalafdichtend systeem.

Regelen met de kogelafsluiter


Dat de kogelafsluiter uitsluitend geschikt zou zijn voor de open-dichtfunctie is voor velen een niet meer te hanteren stelling. Steeds meer instrumenttechnici komen tot de ontdekking dit met een daartoe aangepaste kogelafsluiter uitstekend is te regelen. Door het beschikbaar komen van de metaalafdichtende kogelafsluiters is de beperking in de toepassing van kogelafsluiters als regelafsluiter komen te vervallen.
Het grote voordeel van de kogelafsluiter als regelafsluiter is dat deze niet alleen als regelkraan, maar ook als stopkraan kan worden gebruikt. Naast dit voordeel van de kogelkraan als regelsluiter zijn er nog enkele te noemen, zoals de compacte afmetingen ten opzichte van andere soorten regelafsluiters bij gelijkblijvende 'Cv' - respectievelijk 'Kv'-waarden, verder geen lekkages naar ' buiten' en bij gelijke waarden gunstiger in prijs. Er zijn nog meer technische voordelen, die min of meer afhankelijk zijn van de afsluiterconstructie. De betreffende fabrikanten kunnen eventuele vragen op dit gebied beantwoorden.


Afb. 3.


Welke eisen zijn te stellen aan kogelregelventielen?


De verbinding tussen spindel en kogel dient zo te zijn uitgevoerd, dat een verdraaiing van de spindel een gelijke verdraaiing van de kogel als gevolg heeft. Hetzelfde geldt voor de verbinding tussen de spindel van de afsluiter en de stuurmotor. De stuurmotor kan een volledig elektrische aandrijving zijn met standsteller (Eng. positioner), elektropneumatisch of volledig pneumatisch. In alle gevallen is de stuurmotor voorzien van zo'n standsteller. In de meeste gevallen wordt gekozen voor een pneumatische draaicilinder, met een pneumatische standsteller (stuursignaal 0,2- 1 kg/cm2).

De draaicilinder


Ook hieraan moeten de nodige eisen worden gesteld om een goede regeling te verkrijgen. Zo zal de verdraaiing van de kogel traploos moeten zijn. Om dit te bereiken is een aandrijving als weergegeven op afbeelding 3 zeer geschikt. Op afbeelding 4 is te zien dat de bewegingskracht van de afsluiter nagenoeg gevolgd wordt door de aandrijving. Door de constructie met dubbele kruk wordt bereikt dat steeds de juiste kracht aanwezig is om de kogel in de afsluiter te verdraaien. Een aandrijving met een lineaire bewegingskracht zal niet alleen groter zijn en dus zwaarder zijn uitgevoerd, maar ook meer perslucht verbruiken in vergelijking met de op afbeelding 3 aangegeven aandrijving. De voordelen van pneumatische aandrijvingen ten opzichte van elektrische aandrijvingen zijn de lagere prijs en een snellere reactie.


Afb. 4.


Bij open/dicht sturen van de afsluiter bestaat de mogelijkheid de aandrijvingen te voorzien van een veerterugbrenging, waardoor bij elektrische storing of stuurdrukuitval, de regelafsluiter in de veiligste positie kan worden gestuurd. Een aandrijving met veerterugbrenging is weergeven op afbeelding 5.


Afb.5.
 

Besluit


De terecht gestelde eisen op het gebied van milieubescherming zullen de populariteit van het kogelregelventiel zeker vergroten. Zijn lekdichtheid naar buiten, gepaard met een laag energieverbruik zal vele regeltechnici doen besluiten zich nader te laten informeren over de 'andere' manier van regelen.


 

Nieuwsbrief

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief en blijf op de hoogte van alle niet te missen ontwikkelingen in de Aluminium en Roestvast Staal branche.

Velden met een * zijn verplicht