Метеликові клапани використовуються для запуску, зупинки або регулювання потоку рідин або газів через труби. Свою назву вони отримали від крилоподібного диска, який обертається всередині корпусу клапана, нагадуючи рух метелика. Серед різних типів метеликових клапанів, високопродуктивні метеликові клапани (HPBV) та концентричні метеликові клапани є двома найпоширенішими конструкціями. Це порівняння розгляне відмінності між ними з кількох точок зору, щоб з'ясувати їхню роль у промисловому та муніципальному застосуванні.
| Функція | Концентричний клапан-метелик | Високопродуктивний дросельний клапан |
| Дизайн | Центральний стебло та диск | Зміщений шток з металевим сідлом |
| Механізм герметизації | М'яке еластомерне сидіння | Сидіння з RPTFE |
| Номінальний тиск | До 250 фунтів на квадратний дюйм | До 600 фунтів на квадратний дюйм |
| Температурний рейтинг | До 180°C (356°F) | До 260°C (536°F) |
| Знос | Вища через контакт із сидінням | Нижча завдяки зміщеній конструкції |
| Придатність для застосування | Рідини низького тиску | Рідини середнього тиску та високої температури |
| Вартість | Нижня | Вища |
1. Проектування та будівництво
Основна відмінність між концентричними дросельними заслінками та високопродуктивними дросельними заслінками полягає в їхній конструктивній конструкції, зокрема в положенні штока та диска клапана відносно корпусу клапана, а також у використаних матеріалах.
1.1 Концентричні дросельні клапани
Концентрична конструкція відома як клапан з «нульовим зміщенням» або «пружним сідлом», що вирівнює шток клапана та диск клапана безпосередньо з центром корпусу клапана та отвору труби. Це вирівнювання по центру не має відхилень.
1.1.1 Рух диска
Диск обертається на 90° навколо осі штока клапана та переміщується з повністю відкритого (паралельно трубі) положення до повністю закритого (перпендикулярно трубі) протягом усього діапазону руху.
1.1.2 Механізм герметизації
Герметичність досягається завдяки натягу між краєм диска клапана та пружним гумоподібним сідлом клапана (наприклад, EPDM, акрил або фторкаучук), що вистилає внутрішню поверхню корпусу клапана.
1.1.3 Матеріали
Корпус клапана зазвичай виготовляється з високоміцних та стійких до корозії матеріалів, таких як чавун, ковкий чавун або навіть нержавіюча сталь для менш вимогливих застосувань, оскільки гумове сідло клапана запобігає контакту рідини з корпусом клапана.
Диск може бути виготовлений з нержавіючої сталі, алюмінієвої бронзи, ковкого чавуну з покриттям або повністю футерований металом, залежно від корозійної активності рідини.
1.2 Високопродуктивні дросельні клапани
Зазвичай конструкція з подвійним зміщенням та двома ключовими зміщеннями:
Стебло розташоване позаду диска, а не через його центр, і
Вузол диска та штока зміщений відносно центральної лінії отвору труби.
Деякі вдосконалені версії включають потрійне зміщення, але подвійне зміщення є стандартним для високопродуктивних моделей.
1.2.1 Рух диска
Завдяки зміщенню диск обертається кулачкоподібно, зменшуючи контакт із сідлом.
1.2.2 Механізм герметизації
Сідло виготовлене з міцніших матеріалів, таких як армований тефлон, щоб витримувати вищий тиск і температуру. На відміну від гумового сідла в концентричному клапані, ущільнення щільніше та менше залежить від деформації.
1.2.3 Матеріали
Корпус і диск виготовлені з міцних металів, таких як нержавіюча сталь, вуглецева сталь або сплави, щоб витримувати суворі умови.
1.3 Короткий зміст: Наслідки для дизайну
Простота концентричного клапана робить його легким і компактним, що робить його ідеальним для безпосереднього встановлення. Однак, його залежність від деформованого гумового сідла обмежує його гнучкість.
Зміщена конструкція та міцніші матеріали високопродуктивних клапанів підвищують їхню довговічність та адаптивність, але за рахунок збільшення складності та ваги.
---
2. Можливості продуктивності
Продуктивність – це найбільш мінливий аспект цих клапанів, який користувачі цінують і про який найбільше піклуються. Зокрема, вона аналізується з точки зору тиску, температури, герметичності та терміну служби.
2.1 Концентричні дросельні клапани
2.1.1 Номінальний тиск
Концентричні дросельні клапани зазвичай витримують тиск до PN16, але це залежить від розміру та матеріалу. При тиску вище цього гумове сідло може деформуватися або вийти з ладу.
2.1.2 Температурні показники
Максимальна температура становить 180°C (356°F) і обмежується тепловими межами гумового або PTFE-сідла. Високі температури погіршують характеристики еластомеру та погіршують герметизацію.
2.1.3 Герметичність
Він може забезпечити надійне закриття в системах низького тиску, але постійне тертя між диском клапана та сідлом клапана призведе до зносу, що знизить ефективність.
2.1.4 Дроселювання
Оскільки дросельні клапани більше підходять для повного відкриття та закриття, якщо вони використовуються для регулювання потоку, тривале дроселювання прискорить знос сідла клапана, роблячи його менш точним та довговічним.
2.1.5 Довговічність
Будучи більш еластичними, металеві або посилені сідла клапанів є більш довговічними, ніж гумові. Зміщена конструкція ще більше подовжує термін служби, обмежуючи тертя.
2.2 Високопродуктивний дросельний клапан
2.2.1 Номінальний тиск
Завдяки міцній конструкції та зміщеній конструкції, що зменшує навантаження на сідло клапана, він може витримувати тиск до PN16.
2.2.2 Температурний діапазон
Оскільки сідло клапана виготовлене з RPTFE, воно може ефективно працювати за температур до 280°C (536°F).
2.2.3 Герметичність
Завдяки точному приляганню зміщеного диска клапана та міцному сідлу клапана, витік практично дорівнює нулю, а закриття зазвичай близьке до герметичного. Це робить його ідеальним для критичних застосувань.
2.2.4 Дроселювання
Конструкція та матеріали, що використовуються у високопродуктивних дросельних клапанах, дозволяють їм точно контролювати потік навіть за високого тиску. Зменшений контакт сідла мінімізує знос і підтримує цілісність ущільнення протягом кількох циклів.
2.2.5 Довговічність
Будучи більш пружними, металеві або посилені сидіння є більш довговічними, ніж гумові. Зміщена конструкція ще більше подовжує термін служби, обмежуючи тертя.
2.3 Підсумок: Основні показники продуктивності
Концентричні клапани підходять для низького тиску, стабільних умов, але виходять з ладу при середньому та високому тиску.
Високопродуктивні клапани пропонують чудову надійність та термін служби за вищої початкової вартості.
---
3. Застосування
Вибір між середньою дросельною заслінкою та високопродуктивною дросельною заслінкою залежить від конкретних потреб системи, в якій вони встановлені.
3.1 Концентричні дросельні клапани
Для систем низького та середнього тиску/температури, де вартість та простота є пріоритетами.
Звичайне використання:
- Водопостачання та водовідведення: Муніципальні водопровідні магістралі, іригаційні та каналізаційні системи виграють від своєї економічності та ізоляції від рідини.
- Харчова та фармацевтична промисловість: Гумові сідла запобігають забрудненню чутливих рідин корпусом клапана.
- Газопостачання: Газопроводи низького тиску використовують його для керування вмиканням/вимиканням.
- Протипожежний захист: Спринклерні системи використовують свою швидкість роботи та надійність при середньому тиску.
- Пара низького тиску: для пари тиском до 250 PSI та температурою до 350°F (175°C).
3.2 Високопродуктивні дросельні клапани
Для низького та середнього тиску або критично важливих систем, що вимагають точності та довговічності.
Звичайне використання:
- Нафта і газ: працює з агресивними хімікатами, нафтохімічними речовинами та морськими умовами з високим тиском та агресивними рідинами.
- Виробництво електроенергії: Управління парою високого тиску та охолоджувальною водою в турбінах та котлах.
- Хімічна обробка: стійкий до агресивних рідин та забезпечує герметичність у летких середовищах.
- ОВК: Для великих систем, що потребують точного регулювання потоку.
- Суднобудування: Витримує морські умови та роботу з рідинами під високим тиском.
3.3 Збіг та відмінності в застосуваннях
Хоча обидва клапани регулюють потік, концентричні клапани домінують у економічно чутливих, менш вимогливих середовищах, тоді як високопродуктивні клапани переважні для промислових процесів, де поломка може мати серйозні наслідки.
---
4. Експлуатаційні міркування
Окрім дизайну та застосування, також відіграють роль практичні фактори, такі як встановлення, обслуговування та інтеграція в систему.
4.1 Встановлення
- Концентричний: Простіший монтаж завдяки меншій вазі та простішій сумісності з фланцями.
- Висока продуктивність: через зміщену конструкцію потрібне точне вирівнювання, а його вага вимагає міцнішої опори.
4.2 Технічне обслуговування
- Концентричне: Технічне обслуговування зосереджено на заміні гумового сідла, що є відносно швидким і недорогим методом ремонту. Однак часте зношування може збільшити час простою у високоциклових системах.
- Висока продуктивність: технічне обслуговування потребує менше часу завдяки міцному сидінню, але ремонт (наприклад, заміна сидіння) є дорожчим та складнішим, зазвичай вимагаючи професійного обслуговуючого персоналу зі спеціалізованими інструментами.
4.3 Падіння тиску
- Концентричні: Центровані диски створюють більше турбулентності, коли частково відкриті, знижуючи ефективність дроселювання.
- Висока продуктивність: Зміщені диски покращують характеристики потоку, зменшуючи кавітацію та перепад тиску, особливо на високих швидкостях.
4.4 Приведення в дію
Обидва клапани можна використовувати з ручними, пневматичними або електричними приводами, але високопродуктивні клапани часто поєднуються з передовими елементами керування для точної автоматизації в промислових умовах.
---
5. Аналіз вартості та життєвого циклу
5.1 Початкова вартість
Концентричні клапани значно дешевші, оскільки їх відносно просто виготовити та вони витрачають менше матеріалів. Це не стосується високопродуктивних дросельних клапанів.
5.2 Вартість життєвого циклу
Високопродуктивні клапани, як правило, з часом є економічнішими, оскільки їх рідше обслуговують та замінюють. У критично важливих системах їхня надійність також може зменшити витрати на простої.
---
6. Висновок: короткий виклад переваг та недоліків
6.1 Концентричний дросельний клапан
6.1.1 Переваги:
- Економічна ефективність: нижчі витрати на виробництво та матеріали дають йому бюджетну перевагу.
- Проста конструкція: легко встановлюється, експлуатується та обслуговується, має меншу кількість рухомих частин.
- Ізоляція рідини: Гумові сідла захищають корпус клапана, що дозволяє використовувати дешевші матеріали та підтримувати чистоту рідини.
- Легкий: ідеально підходить для застосувань, де вага має значення.
6.1.2 Недоліки:
- Обмежений діапазон: Верхні межі становлять 250 PSI та 356°F, що обмежує його використання суворими умовами.
- Схильні до зносу: Постійне тертя сідла може призвести до погіршення продуктивності, що вимагатиме частішого технічного обслуговування.
- Погана продуктивність дроселювання за високого тиску: втрата точності та герметичності під тиском.
6.2 Високопродуктивні дросельні клапани
6.2.1 Переваги:
- Висока місткість: Може витримувати середній та високий тиск (до 600 PSI) та температури (до 536°F).
- Тривалий термін служби: Зменшений знос сидінь та міцні матеріали подовжують термін служби.
- Точність: Відмінне дроселювання та відключення навіть у складних умовах.
- Універсальність: підходить для широкого спектру рідин та середовищ.
6.2.2 Недоліки:
- Вища вартість: дорогі матеріали та складна конструкція збільшують початкові інвестиції.
- Складність: встановлення та ремонт вимагають більшої кваліфікації.
- Вага: Важча конструкція може ускладнити модернізацію деяких систем.
Концентричні дросельні клапани та високопродуктивні дросельні клапани обслуговують різні, але частково перекриваючі сфери контролю рідин. Конструкція гумового сідла концентричного клапана з нульовим зміщенням робить його практичним та доступним вибором для помірних застосувань, таких як водопостачання, харчова промисловість або пожежний захист. Якщо продуктивність та стійкість не обговорюються, тоді високопродуктивний дросельний клапан є найкращим рішенням. Для заглибленого застосування (наприклад, підземних трубопроводів) можна використовувати обидва методи, але зазвичай переважає менша вага та нижча вартість концентричного клапана, якщо екстремальні умови не вимагають іншого.