Motýlí klapky se používají ke spouštění, zastavování nebo regulaci průtoku kapalin nebo plynů potrubím. Svůj název dostaly podle kotouče podobného křídlu, který se otáčí uvnitř tělesa ventilu a připomíná pohyb motýla. Mezi různými typy motýlích klapek jsou nejběžnějšími konstrukcemi vysoce výkonné motýlí klapky (HPBV) a koncentrické motýlí klapky. Toto srovnání rozebere rozdíly mezi těmito dvěma typy z několika hledisek a objasní jejich roli v průmyslových a komunálních aplikacích.
| Funkce | Koncentrický motýlkový ventil | Vysoce výkonný klapkový ventil |
| Design | Centrální vřeteno a disk | Ofsetový vřeteno s kovovým sedlem |
| Těsnicí mechanismus | Měkké elastomerové sedlo | Sedadlo z RPTFE |
| Jmenovitý tlak | Až 250 PSI | Až 600 PSI |
| Teplotní hodnocení | Až 180 °C (356 °F) | Až 260 °C (536 °F) |
| Opotřebení a poškození | Vyšší kvůli kontaktu se sedadlem | Nižší díky odsazené konstrukci |
| Vhodnost aplikace | Nízkotlaké kapaliny | Středotlaké a vysokoteplotní kapaliny |
| Náklady | Spodní | Vyšší |
1. Návrh a konstrukce
Hlavní rozdíl mezi koncentrickými klapkami a vysoce výkonnými klapkami spočívá v jejich konstrukčním řešení, konkrétně v poloze vřetene ventilu a kotouče ventilu vzhledem k tělesu ventilu a v použitých materiálech.
1.1 Soustředné klapkové ventily
Koncentrická konstrukce je známá jako ventil s „nulovým posunem“ nebo „pružným sedlem“, který zarovnává vřeteno ventilu a disk ventilu přímo se středem tělesa ventilu a otvoru potrubí. Toto středové zarovnání nemá žádnou odchylku.
1.1.1 Pohyb disku
Kotouč se otáčí o 90° kolem osy dříku ventilu a v celém rozsahu svého pohybu se pohybuje z plně otevřené (rovnoběžné s potrubím) do plně uzavřené (kolmé k potrubí).
1.1.2 Těsnicí mechanismus
Těsnění je dosaženo přesahem mezi okrajem ventilového kotouče a pružným pryžovým sedlem ventilu (například EPDM, akrylát nebo fluorokaučuk), které lemuje vnitřní povrch tělesa ventilu.
1.1.3 Materiály
Těleso ventilu je obvykle vyrobeno z vysoce pevných a korozivzdorných materiálů, jako je litina, tvárná litina nebo dokonce nerezová ocel pro méně náročné aplikace, protože pryžové sedlo ventilu zabraňuje kontaktu kapaliny s tělesem ventilu.
Disk může být z nerezové oceli, hliníkového bronzu, potažené tvárné litiny nebo plně vyložený kovem, v závislosti na korozivní aktivitě kapaliny.
1.2 Vysoce výkonné klapkové ventily
Typicky dvojitě odsazený design se dvěma odsazeními klíče:
Dřík se nachází za diskem, nikoli jeho středem, a
Sestava disku a dříku je odsazena od středové osy otvoru potrubí.
Některé pokročilé verze zahrnují trojité ofsety, ale u vysoce výkonných modelů je dvojitý ofset standardem.
1.2.1 Pohyb disku
Díky odsazení se kotouč otáčí vačkovým pohybem, čímž se snižuje kontakt se sedlem.
1.2.2 Těsnicí mechanismus
Sedlo je vyrobeno z odolnějších materiálů, jako je vyztužený teflon, aby odolalo vyšším tlakům a teplotám. Na rozdíl od pryžového sedla v koncentrickém ventilu je těsnění pevnější a méně závislé na deformaci.
1.2.3 Materiály
Tělo a disk jsou vyrobeny z pevných kovů, jako je nerezová ocel, uhlíková ocel nebo slitiny, aby odolaly náročným podmínkám.
1.3 Shrnutí: Důsledky pro design
Díky jednoduchosti je koncentrický ventil lehký a kompaktní, takže je ideální pro přímou instalaci. Jeho flexibilita je však omezena závislostí na deformovatelném pryžovém sedle.
Ofsetová konstrukce a pevnější materiály vysoce výkonných ventilů zvyšují jejich odolnost a přizpůsobivost, ale na úkor zvýšené složitosti a hmotnosti.
---
2. Výkonnostní schopnosti
Výkon je nejproměnlivějším aspektem těchto ventilů a tím, kterého si uživatelé nejvíce cení a na kterém jim nejvíce záleží. Konkrétně je analyzován z hlediska tlaku, teploty, těsnicího účinku a životnosti.
2.1 Koncentrické klapkové ventily
2.1.1 Jmenovité tlaky
Koncentrické klapkové ventily obecně odolávají tlaku až do PN16, ale to se liší v závislosti na velikosti a materiálu. Nad tímto tlakem se může pryžové sedlo deformovat nebo selhat.
2.1.2 Teplotní hodnoty
Maximální teplota je 180 °C (356 °F), omezená tepelnými limity pryžového nebo PTFE sedla. Vysoké teploty snižují výkon elastomeru a zhoršují těsnění.
2.1.3 Těsnicí výkon
Může zajistit spolehlivé uzavření v nízkotlakých systémech, ale neustálé tření mezi ventilovým kotoučem a sedlem ventilu způsobí opotřebení, což sníží účinnost.
2.1.4 Omezení
Protože klapkové ventily jsou vhodnější pro plné otevírání a zavírání, pokud se používají k regulaci průtoku, dlouhodobé škrcení urychlí opotřebení sedla ventilu, čímž se sníží jeho přesnost a odolnost.
2.1.5 Trvanlivost
Kovová nebo zesílená sedla ventilů jsou elastičtější, a proto jsou odolnější než pryžová. Ofsetová konstrukce dále prodlužuje životnost omezením tření.
2.2 Vysoce výkonná klapková klapka
2.2.1 Jmenovitý tlak
Díky své robustní konstrukci a odsazenému provedení, které snižuje namáhání sedla ventilu, odolá tlaku až do PN16.
2.2.2 Teplotní třída
Protože sedlo ventilu používá RPTFE, může efektivně fungovat při teplotách až do 280 °C (536 °F).
2.2.3 Těsnicí výkon
Díky přesnému usazení odsazeného ventilového disku a odolnému sedlu ventilu je únik téměř nulová a obvykle se blíží vzduchotěsnému uzavření. Díky tomu je ideální pro kritické aplikace.
2.2.4 Omezení
Konstrukce a materiály použité ve vysoce výkonných klapkových ventilech jim umožňují přesně regulovat průtok i při vysokých tlacích. Snížený kontakt sedla minimalizuje opotřebení a zachovává integritu těsnění po dobu několika cyklů.
2.2.5 Trvanlivost
Kovová nebo vyztužená sedla jsou odolnější než pryžová, protože jsou odolnější. Odsazená konstrukce dále prodlužuje životnost omezením tření.
2.3 Shrnutí: Hlavní body výkonu
Koncentrické ventily jsou vhodné pro nízkotlaké, stabilní podmínky, ale selhávají při středním a vysokém tlaku.
Vysoce výkonné ventily nabízejí vynikající spolehlivost a životnost při vyšších počátečních nákladech.
---
3. Aplikace
Volba mezi středovými klapkami a vysoce výkonnými klapkami závisí na specifických potřebách systému, ve kterém jsou instalovány.
3.1 Koncentrické klapkové ventily
Pro systémy s nízkým až středním tlakem/teplotou, kde jsou prioritou náklady a jednoduchost.
Běžné použití:
- Voda a odpadní voda: Městské vodovodní řady, zavlažovací a kanalizační systémy těží ze své hospodárnosti a izolace od tekutin.
- Potraviny a farmaceutický průmysl: Pryžová sedla zabraňují kontaminaci citlivých kapalin tělesem ventilu.
- Přívod plynu: Nízkotlaké plynové potrubí jej používá k regulaci zapínání/vypínání.
- Protipožární ochrana: Sprinklerové systémy využívají výhod rychlého provozu a spolehlivosti při středním tlaku.
- Nízkotlaká pára: Pro páru do 250 PSI a 350 °F.
3.2 Vysoce výkonné klapkové ventily
Pro nízké až střední tlaky nebo kritické systémy vyžadující přesnost a odolnost.
Běžné použití:
- Ropa a plyn: Zvládá agresivní chemikálie, petrochemické látky a podmínky na moři s vysokým tlakem a korozivními kapalinami.
- Výroba energie: Řídí vysokotlakou páru a chladicí vodu v turbínách a kotlích.
- Chemické zpracování: Odolává korozivním kapalinám a udržuje těsné uzavření v těkavých prostředích.
- HVAC: Pro velké systémy vyžadující přesnou regulaci průtoku.
- Stavba lodí: Odolává mořským podmínkám a manipulaci s kapalinami za vysokého tlaku.
3.3 Překrývání a rozdíly v aplikacích
Zatímco oba ventily regulují průtok, koncentrické ventily dominují v cenově citlivých a méně náročných prostředích, zatímco vysoce výkonné ventily jsou preferovány pro průmyslové procesy, kde může mít selhání vážné následky.
---
4. Provozní aspekty
Kromě návrhu a použití hrají roli i praktické faktory, jako je instalace, údržba a integrace systému.
4.1 Instalace
- Koncentrické: Jednodušší instalace díky nižší hmotnosti a jednodušší kompatibilitě s přírubami.
- Vysoký výkon: Kvůli odsazené konstrukci je vyžadováno přesné vyrovnání a jeho hmotnost vyžaduje silnější oporu.
4.2 Údržba
- Soustředné: Údržba se zaměřuje na výměnu pryžového sedla, což je relativně rychlá a levná metoda opravy. Časté opotřebení však může u systémů s vysokým počtem cyklů prodloužit prostoje.
- Vysoký výkon: Údržba je díky odolnému sedadlu méně častá, ale opravy (např. výměna sedadla) jsou dražší a techničtější a obvykle vyžadují profesionální údržbářský personál se specializovaným nářadím.
4.3 Pokles tlaku
- Soustředné: Centrované disky vytvářejí při částečném otevření větší turbulenci, což snižuje účinnost při škrcení.
- Vysoký výkon: Ofsetové kotouče zlepšují charakteristiky proudění, snižují kavitaci a pokles tlaku, zejména při vysokých rychlostech.
4.4 Ovládání
Oba ventily lze použít s manuálními, pneumatickými nebo elektrickými pohony, ale vysoce výkonné ventily jsou často spárovány s pokročilými ovládacími prvky pro přesnou automatizaci v průmyslovém prostředí.
---
5. Analýza nákladů a životního cyklu
5.1 Počáteční náklady
Koncentrické ventily jsou výrazně levnější, protože se relativně snadno sestavují a spotřebují méně materiálu. To neplatí pro vysoce výkonné klapkové ventily.
5.2 Náklady životního cyklu
Vysoce výkonné ventily jsou obecně v průběhu času ekonomičtější, protože se méně často udržují a vyměňují. V kritických systémech může jejich spolehlivost také snížit náklady na prostoje.
---
6. Závěr: Shrnutí výhod a nevýhod
6.1 Koncentrický klapkový ventil
6.1.1 Výhody:
- Cenová efektivita: Nižší výrobní a materiálové náklady poskytují rozpočtovou výhodu.
- Jednoduchý design: Snadná instalace, obsluha a údržba s menším počtem pohyblivých částí.
- Izolace kapaliny: Pryžová sedla chrání těleso ventilu, což umožňuje použití levnějších materiálů a zachování čistoty kapaliny.
- Nízká hmotnost: Ideální pro aplikace, kde je důležitá hmotnost.
6.1.2 Nevýhody:
- Omezený rozsah: Horní limity jsou 250 PSI a 356 °F, což omezuje jeho použití na náročné podmínky.
- Náchylné k opotřebení: Neustálé tření sedla může vést ke snížení výkonu a vyžadovat častější údržbu.
- Špatný výkon škrcení za vysokého tlaku: Pod tlakem dochází ke ztrátě přesnosti a těsnění.
6.2 Vysoce výkonné klapkové klapky
6.2.1 Výhody:
- Vysoká kapacita: Zvládne střední až vysoké tlaky (až 600 PSI) a teploty (až 536 °F).
- Dlouhá životnost: Snížené opotřebení sedla a odolné materiály prodlužují životnost.
- Přesnost: Vynikající škrcení a uzavírání i v náročných podmínkách.
- Všestrannost: Vhodné pro širokou škálu kapalin a prostředí.
6.2.2 Nevýhody:
- Vyšší náklady: Drahé materiály a složitý design zvyšují počáteční investici.
- Složitost: Instalace a opravy vyžadují větší odbornost.
- Hmotnost: Těžší konstrukce může komplikovat dodatečnou montáž některých systémů.
Koncentrické klapkové ventily a vysoce výkonné klapkové ventily slouží v oblasti regulace kapalin v překrývajících se, ale odlišných oblastech. Konstrukce pryžového sedla s nulovým odsazením koncentrického ventilu z něj činí praktickou a cenově dostupnou volbu pro středně těžké aplikace, jako je zásobování vodou, zpracování potravin nebo protipožární ochrana. Pokud jsou výkon a odolnost nezbytné, pak je řešením vysoce výkonný klapkový ventil. Pro zakopané aplikace (například podzemní potrubí) lze použít obě metody, ale obvykle převažuje nižší hmotnost a nižší cena koncentrického ventilu, pokud extrémní podmínky nevyžadují jinak.