Zawory motylkowe służą do uruchamiania, zatrzymywania lub regulacji przepływu cieczy lub gazów w rurociągach. Swoją nazwę zawdzięczają tarczy w kształcie skrzydełka, która obraca się w korpusie zaworu, przypominając ruch motyla. Spośród różnych typów zaworów motylkowych, zawory motylkowe o wysokiej wydajności (HPBV) i zawory motylkowe koncentryczne to dwa najpopularniejsze typy. Niniejsze porównanie pozwoli na omówienie różnic między nimi w wielu aspektach, aby wyjaśnić ich rolę w zastosowaniach przemysłowych i komunalnych.
| Funkcja | Zawór motylkowy koncentryczny | Zawór motylkowy o wysokiej wydajności |
| Projekt | Centralny trzon i dysk | Przesunięty trzon z metalowym siedziskiem |
| Mechanizm uszczelniający | Miękkie siedzisko elastomerowe | Siedzisko RPTFE |
| Ocena ciśnienia | Do 250 PSI | Do 600 PSI |
| Ocena temperatury | Do 180°C (356°F) | Do 260°C (536°F) |
| Zużycie | Wyższe ze względu na kontakt z siedziskiem | Niższy dzięki przesuniętej konstrukcji |
| Przydatność aplikacji | Płyny niskociśnieniowe | Płyny o średnim ciśnieniu i wysokiej temperaturze |
| Koszt | Niżej | Wyższy |
1. Projekt i budowa
Podstawowa różnica pomiędzy zaworami motylkowymi koncentrycznymi a zaworami motylkowymi o wysokiej wydajności leży w ich konstrukcji, szczególnie w położeniu trzpienia zaworu i tarczy zaworu względem korpusu zaworu, a także w zastosowanych materiałach.
1.1 Zawory motylkowe koncentryczne
Konstrukcja koncentryczna znana jest jako zawór o „zerowym przesunięciu” lub „elastycznym gnieździe”, który zapewnia, że trzpień zaworu i tarcza zaworu są ustawione bezpośrednio względem środka korpusu zaworu i otworu rury. To ustawienie centralne nie wykazuje odchyleń.
1.1.1 Ruch dysku
Tarcza obraca się o 90° wokół osi trzonu zaworu i w całym zakresie ruchu porusza się od pozycji całkowicie otwartej (równolegle do rury) do pozycji całkowicie zamkniętej (prostopadle do rury).
1.1.2 Mechanizm uszczelniający
Uszczelnienie uzyskuje się poprzez pasowanie wciskowe pomiędzy krawędzią tarczy zaworu a sprężystym, gumowym gniazdem zaworu (np. EPDM, akrylowym lub fluorokauczukowym) wyściełającym wewnętrzną powierzchnię korpusu zaworu.
1.1.3 Materiały
Korpus zaworu jest zwykle wykonany z materiałów o wysokiej wytrzymałości i odporności na korozję, takich jak żeliwo, żeliwo sferoidalne, a nawet stal nierdzewna w przypadku mniej wymagających zastosowań, ponieważ gumowe gniazdo zaworu zapobiega kontaktowi cieczy z korpusem zaworu.
Tarcza może być wykonana ze stali nierdzewnej, brązu aluminiowego, powlekanego żeliwa sferoidalnego lub w całości wyłożona metalem, w zależności od korozyjności cieczy.
1.2 Zawory motylkowe o wysokiej wydajności
Typowa konstrukcja z podwójnym przesunięciem, z dwoma kluczowymi przesunięciami:
Trzon znajduje się za dyskiem, a nie przez jego środek, i
Zespół tarczy i trzpienia jest przesunięty względem osi otworu rury.
Niektóre zaawansowane wersje obejmują potrójne przesunięcie, ale w modelach o wysokiej wydajności standardem jest podwójne przesunięcie.
1.2.1 Ruch dysku
Ze względu na przesunięcie, tarcza obraca się niczym krzywka, zmniejszając kontakt z siedziskiem.
1.2.2 Mechanizm uszczelniający
Siedzisko zaworu wykonane jest z trwalszych materiałów, takich jak wzmocniony teflon, aby wytrzymać wyższe ciśnienia i temperatury. W przeciwieństwie do gumowego siedziska w zaworze koncentrycznym, uszczelnienie jest szczelniejsze i mniej podatne na odkształcenia.
1.2.3 Materiały
Korpus i tarcza wykonane są z wytrzymałych metali, takich jak stal nierdzewna, stal węglowa lub stopy, aby były odporne na trudne warunki.
1.3 Podsumowanie: Implikacje projektowe
Prostota zaworu koncentrycznego sprawia, że jest on lekki i kompaktowy, co czyni go idealnym do bezpośredniego montażu. Jednak zastosowanie odkształcalnego, gumowego siedziska ogranicza jego elastyczność.
Przesunięta konstrukcja i mocniejsze materiały zaworów o wysokiej wydajności zwiększają ich trwałość i możliwość adaptacji, ale dzieje się to kosztem większej złożoności i wagi.
---
2. Możliwości wydajnościowe
Wydajność to najbardziej zmienny aspekt tych zaworów, który użytkownicy cenią i na którym najbardziej im zależy. Analizuje się go pod kątem ciśnienia, temperatury, szczelności i żywotności.
2.1 Zawory motylkowe koncentryczne
2.1.1 Wartości ciśnienia
Koncentryczne zawory motylkowe zazwyczaj wytrzymują ciśnienia do PN16, ale wartość ta różni się w zależności od rozmiaru i materiału. Powyżej tego ciśnienia gumowe siedzisko może się odkształcić lub ulec uszkodzeniu.
2.1.2 Zakresy temperatur
Maksymalna temperatura wynosi 180°C (356°F), ograniczona przez ograniczenia termiczne gumowego lub PTFE. Wysokie temperatury pogarszają wydajność elastomeru i wpływają negatywnie na uszczelnienie.
2.1.3 Skuteczność uszczelnienia
Może zapewnić niezawodne zamknięcie w układach niskociśnieniowych, ale ciągłe tarcie między tarczą zaworu a gniazdem zaworu spowoduje zużycie, które zmniejszy skuteczność.
2.1.4 Ograniczanie przepustowości
Ponieważ zawory motylkowe lepiej nadają się do pełnego otwierania i zamykania, jeśli są używane do regulacji przepływu, długotrwałe dławienie przyspieszy zużycie gniazda zaworu, co sprawi, że będzie on mniej dokładny i trwały.
2.1.5 Trwałość
Metalowe lub wzmocnione gniazda zaworowe są bardziej elastyczne i trwalsze niż gumowe. Przesunięta konstrukcja dodatkowo wydłuża żywotność poprzez ograniczenie tarcia.
2.2 Zawór motylkowy o wysokiej wydajności
2.2.1 Ciśnienie znamionowe
Dzięki solidnej konstrukcji i przesuniętemu kształtowi, który redukuje naprężenia w gnieździe zaworu, zawór wytrzymuje ciśnienia do PN16.
2.2.2 Temperatura znamionowa
Ponieważ gniazdo zaworu wykonane jest z RPTFE, może ono skutecznie pracować w temperaturach do 280°C (536°F).
2.2.3 Skuteczność uszczelnienia
Dzięki precyzyjnemu dopasowaniu tarczy zaworu offsetowego i wytrzymałemu gniazdu zaworu, przeciek jest praktycznie zerowy i zazwyczaj zapewnia szczelność. To sprawia, że zawór idealnie nadaje się do zastosowań krytycznych.
2.2.4 Ograniczanie przepustowości
Konstrukcja i materiały zastosowane w wysokowydajnych zaworach motylkowych umożliwiają precyzyjną regulację przepływu nawet przy wysokich ciśnieniach. Zmniejszony kontakt z gniazdem minimalizuje zużycie i utrzymuje integralność uszczelnienia przez wiele cykli.
2.2.5 Trwałość
Metalowe lub wzmocnione siedzenia są trwalsze niż gumowe, ponieważ są bardziej wytrzymałe. Przesunięta konstrukcja dodatkowo wydłuża żywotność poprzez ograniczenie tarcia.
2.3 Podsumowanie: najważniejsze informacje o wydajności
Zawory koncentryczne nadają się do stosowania w warunkach niskiego ciśnienia i stabilnych, ale nie sprawdzają się przy średnim i wysokim ciśnieniu.
Zawory o wysokiej wydajności oferują doskonałą niezawodność i dłuższą żywotność przy wyższych początkowych kosztach.
---
3. Zastosowania
Wybór pomiędzy zaworami motylkowymi środkowymi a zaworami motylkowymi o wysokiej wydajności zależy od konkretnych potrzeb systemu, w którym mają być zamontowane.
3.1 Zawory motylkowe koncentryczne
Do układów o niskim i średnim ciśnieniu/temperaturze, gdzie priorytetem są koszty i prostota.
Typowe zastosowania:
- Woda i ścieki: Miejskie sieci wodociągowe, systemy nawadniające i kanalizacyjne korzystają ze swojej oszczędności i izolacji płynów.
- Żywność i farmaceutyka: Gumowe gniazda zapobiegają zanieczyszczeniu delikatnych płynów przez korpus zaworu.
- Zasilanie gazem: W przypadku przewodów gazowych niskiego ciśnienia jest ono wykorzystywane do sterowania włączaniem/wyłączaniem.
- Ochrona przeciwpożarowa: Instalacje tryskaczowe wykorzystują swoją szybkość działania i niezawodność przy średnim ciśnieniu.
- Para niskociśnieniowa: Do pary o ciśnieniu do 250 PSI i temperaturze do 350°F.
3.2 Zawory motylkowe o wysokiej wydajności
Do systemów o niskim i średnim ciśnieniu lub systemów krytycznych wymagających precyzji i trwałości.
Typowe zastosowania:
- Ropa naftowa i gaz: Obsługa agresywnych chemikaliów, produktów petrochemicznych oraz warunków na morzu, w tym wysokiego ciśnienia i płynów żrących.
- Wytwarzanie energii: zarządzanie parą wysokociśnieniową i wodą chłodzącą w turbinach i kotłach.
- Obróbka chemiczna: Odporność na żrące płyny i utrzymanie szczelnego zamknięcia w środowiskach o dużej lotności.
- HVAC: Do dużych systemów wymagających precyzyjnej kontroli przepływu.
- Budowa statków: Odporność na warunki morskie i obsługę płynów pod wysokim ciśnieniem.
3.3 Nakładanie się i różnice aplikacji
Chociaż oba zawory regulują przepływ, zawory koncentryczne dominują w środowiskach, w których liczy się oszczędność i które są mniej wymagające, natomiast zawory o wysokiej wydajności są preferowane w procesach przemysłowych, w których awaria może mieć poważne konsekwencje.
---
4. Rozważania operacyjne
Oprócz projektu i zastosowania, istotną rolę odgrywają również czynniki praktyczne, takie jak instalacja, konserwacja i integracja dopasowania do systemu.
4.1 Instalacja
- Koncentryczne: Łatwiejszy montaż dzięki mniejszej wadze i prostszej kompatybilności kołnierzy.
- Wysoka wydajność: Ze względu na przesuniętą konstrukcję wymagane jest precyzyjne ustawienie, a jego ciężar wymaga mocniejszego podparcia.
4.2 Konserwacja
- Koncentryczny: Konserwacja koncentruje się na wymianie gumowego siedziska, co jest stosunkowo szybką i niedrogą metodą naprawy. Jednak częste zużycie może wydłużać przestoje w systemach o wysokiej częstotliwości cykli.
- Wysoka wydajność: konserwacja jest rzadsza ze względu na trwałość siedziska, ale naprawy (np. wymiana siedziska) są droższe i bardziej techniczne, zwykle wymagają użycia profesjonalnego personelu konserwacyjnego dysponującego specjalistycznymi narzędziami.
4.3 Spadek ciśnienia
- Koncentryczne: Dyski umieszczone centralnie generują większe turbulencje przy częściowym otwarciu, co zmniejsza wydajność w zastosowaniach dławiących.
- Wysoka wydajność: Tarcze offsetowe poprawiają charakterystykę przepływu, redukując kawitację i spadek ciśnienia, szczególnie przy dużych prędkościach.
4.4 Aktywacja
Oba zawory można stosować z siłownikami ręcznymi, pneumatycznymi lub elektrycznymi, ale zawory o wysokiej wydajności często łączy się z zaawansowanymi elementami sterującymi, aby zapewnić precyzyjną automatyzację w zastosowaniach przemysłowych.
---
5. Analiza kosztów i cyklu życia
5.1 Koszt początkowy
Zawory koncentryczne są znacznie tańsze, ponieważ są stosunkowo proste w budowie i zużywają mniej materiałów. W przeciwieństwie do zaworów motylkowych o wysokiej wydajności.
5.2 Koszt cyklu życia
Zawory o wysokiej wydajności są zazwyczaj bardziej ekonomiczne w dłuższej perspektywie, ponieważ wymagają rzadszej konserwacji i wymiany. W systemach o krytycznym znaczeniu ich niezawodność może również obniżyć koszty przestojów.
---
6. Wnioski: Podsumowanie zalet i wad
6.1 Zawór motylkowy koncentryczny
6.1.1 Zalety:
- Opłacalność: Niższe koszty produkcji i materiałów przekładają się na przewagę budżetową.
- Prosta konstrukcja: łatwa w montażu, obsłudze i konserwacji, z mniejszą liczbą ruchomych części.
- Izolacja cieczy: Gumowe gniazda chronią korpus zaworu, co pozwala na stosowanie tańszych materiałów i zachowanie czystości cieczy.
- Lekka konstrukcja: Idealna do zastosowań, w których waga ma znaczenie.
6.1.2 Wady:
- Ograniczony zasięg: Górne granice to 250 PSI i 356°F, co ogranicza jego użycie do trudnych warunków.
- Podatność na zużycie: Stałe tarcie siedziska może prowadzić do pogorszenia wydajności, co wymaga częstszej konserwacji.
- Słaba wydajność dławienia przy wysokim ciśnieniu: utrata precyzji i uszczelnienia pod wpływem ciśnienia.
6.2 Zawory motylkowe o wysokiej wydajności
6.2.1 Zalety:
- Wysoka wydajność: Wytrzymuje średnie i wysokie ciśnienia (do 600 PSI) i temperatury (do 536°F).
- Długa żywotność: Mniejsze zużycie siedzeń i trwalsze materiały wydłużają żywotność.
- Precyzja: Doskonałe dławienie i wyłączanie nawet w wymagających warunkach.
- Wszechstronność: Nadaje się do stosowania w szerokim zakresie płynów i środowisk.
6.2.2 Wady:
- Wyższy koszt: droższe materiały i skomplikowana konstrukcja wymagają większych nakładów początkowych.
- Złożoność: Instalacja i naprawa wymagają większej wiedzy specjalistycznej.
- Waga: Cięższa konstrukcja może utrudniać modernizację niektórych systemów.
Koncentryczne zawory motylkowe i wysokowydajne zawory motylkowe obsługują nakładające się, ale różne obszary regulacji przepływu. Konstrukcja gumowego gniazda zaworu koncentrycznego z zerowym offsetem sprawia, że jest to praktyczny i niedrogi wybór do zastosowań o umiarkowanym natężeniu ruchu, takich jak zaopatrzenie w wodę, przetwórstwo żywności czy ochrona przeciwpożarowa. Jeśli wydajność i odporność są nie do pominięcia, wysokowydajny zawór motylkowy jest idealnym rozwiązaniem. W przypadku zastosowań podziemnych (takich jak rurociągi podziemne) można zastosować obie metody, ale zazwyczaj przeważa mniejsza masa i niższy koszt zaworu koncentrycznego, chyba że ekstremalne warunki wymagają innego rozwiązania.