A műanyag szelepek bővülő hatóköre

Bár a műanyag szelepeket néha speciális terméknek tekintik – azok első számú választásának, akik ipari rendszerekhez gyártanak vagy terveznek műanyag csővezetékeket, vagy akiknek ultratiszta berendezésekre van szükségük –, rövidlátó feltételezni, hogy ezeknek a szelepeknek nincs sok általános felhasználási lehetőségük. A valóságban a műanyag szelepek ma már széles körben felhasználhatók, mivel az anyagtípusok bővülése és a jó tervezők, akiknek ezekre az anyagokra van szükségük, egyre több módot jelentenek ezeknek a sokoldalú eszközöknek a felhasználására.

A MŰANYAG TULAJDONSÁGAI

A hőre lágyuló szelepek előnyei széleskörűek – korrózió-, vegyszer- és kopásállóság; sima belső falak; könnyű súly; könnyű beszerelhetőség; hosszú élettartam; és alacsonyabb életciklus-költségek. Ezek az előnyök a műanyag szelepek széles körű elfogadottságához vezettek kereskedelmi és ipari alkalmazásokban, például vízellátásban, szennyvíztisztításban, fém- és vegyipari feldolgozásban, élelmiszer- és gyógyszeriparban, erőművekben, olajfinomítókban és egyebekben.

A műanyag szelepek számos különböző anyagból gyárthatók, és számos konfigurációban használhatók. A leggyakoribb hőre lágyuló szelepek polivinil-kloridból (PVC), klórozott polivinil-kloridból (CPVC), polipropilénből (PP) és polivinilidén-fluoridból (PVDF) készülnek. A PVC és CPVC szelepeket általában oldószeres cementálású tokos végekkel vagy menetes és karimás végekkel csatlakoztatják a csőrendszerekhez; míg a PP és PVDF szelepek a csőrendszer alkatrészeinek összeillesztését igénylik, akár hő-, akár tompa-, akár elektrofúziós technológiával.

A hőre lágyuló műanyag szelepek kiválóan teljesítenek korrozív környezetben, de ugyanolyan hasznosak az általános vízellátásban is, mivel ólommentesek1, cinkkiválásállóak és nem rozsdásodnak. A PVC és CPVC csőrendszereket és szelepeket az NSF [National Sanitation Foundation] 61. szabványa szerint kell tesztelni és tanúsítani az egészségügyi hatások tekintetében, beleértve a G. mellékletben szereplő alacsony ólomtartalmú követelményt is. A korrozív folyadékokhoz megfelelő anyag kiválasztásához a gyártó kémiai ellenállási útmutatóját kell figyelembe venni, és meg kell érteni, hogy a hőmérséklet milyen hatással lesz a műanyagok szilárdságára.

Bár a polipropilén szilárdsága fele akkora, mint a PVC és a CPVC, mégis a legsokoldalúbb vegyi ellenállással rendelkezik, mivel nincsenek ismert oldószerei. A PP jól teljesít tömény ecetsavakban és hidroxidokban, és alkalmas a legtöbb sav, lúg, só és számos szerves vegyi anyag enyhébb oldataihoz is.

A PP pigmentált vagy pigmentálatlan (természetes) anyagként kapható. A természetes PP-t az ultraibolya (UV) sugárzás súlyosan lebontja, de a 2,5%-nál több korompigmentet tartalmazó vegyületek megfelelően UV-stabilizáltak.

A PVDF csőrendszereket számos ipari alkalmazásban használják a gyógyszeripartól a bányászatig, mivel a PVDF szilárdsága, üzemi hőmérséklete és kémiai ellenállása van a sókkal, erős savakkal, híg bázisokkal és számos szerves oldószerrel szemben. A PP-vel ellentétben a PVDF-et nem bomlik le a napfény hatására; azonban a műanyag átlátszó a napfény számára, és a folyadékot UV-sugárzásnak teheti ki. Míg a PVDF természetes, pigment nélküli összetétele kiválóan alkalmas nagy tisztaságú, beltéri alkalmazásokhoz, egy pigment, például egy élelmiszeripari minőségű vörös hozzáadása lehetővé teszi a napfénynek való kitettséget a folyadék közegének káros befolyásolása nélkül.

A műanyag rendszerek tervezési kihívásokkal járnak, mint például a hőmérséklettel, hőtágulással és -összehúzódással szembeni érzékenység, de a mérnökök képesek és terveztek is már tartós, költséghatékony csővezeték-rendszereket általános és korrozív környezetekre. A fő tervezési szempont az, hogy a műanyagok hőtágulási együtthatója nagyobb, mint a fémeké – a hőre lágyuló műanyagok például ötször-hatszorosa az acélénak.

A csővezeték-rendszerek tervezésekor, figyelembe véve a szelepek elhelyezésére és a szeleptámaszokra gyakorolt ​​hatást, a hőre lágyuló műanyagok esetében fontos szempont a hőnyúlás. A hőtágulásból és -összehúzódásból eredő feszültségek és erők csökkenthetők vagy kiküszöbölhetők a csővezeték-rendszerek rugalmasságának biztosításával, gyakori irányváltásokkal vagy tágulási hurkok bevezetésével. A csővezeték-rendszer mentén biztosítva ezt a rugalmasságot, a műanyag szelepnek nem kell annyi feszültséget elnyelnie.

Mivel a hőre lágyuló műanyagok érzékenyek a hőmérsékletre, a szelep nyomásbesorolása a hőmérséklet emelkedésével csökken. A különböző műanyagok nyomásbesorolása a hőmérséklet növekedésével párhuzamosan csökken. A folyadék hőmérséklete nem feltétlenül az egyetlen hőforrás, amely befolyásolhatja a műanyag szelepek nyomásbesorolását – a maximális külső hőmérsékletet a tervezés során figyelembe kell venni. Bizonyos esetekben a csővezeték külső hőmérsékletének figyelembevétele nélkül történő tervezés a csőtámaszok hiánya miatt túlzott megereszkedést okozhat. A PVC maximális üzemi hőmérséklete 140°F; a CPVC maximális üzemi hőmérséklete 220°F; a PP maximálisan 180°F; a PVDF szelepek pedig akár 280°F nyomást is képesek fenntartani.

A hőmérsékleti skála másik végén a legtöbb műanyag csőrendszer fagypont alatti hőmérsékleten is jól működik. Valójában a hőre lágyuló műanyag csövek szakítószilárdsága a hőmérséklet csökkenésével növekszik. A legtöbb műanyag ütésállósága azonban a hőmérséklet csökkenésével csökken, és az érintett csővezeték-anyagok rideggé válnak. Amíg a szelepek és a csatlakozó csőrendszer nem sérülnek, nem veszélyeztetik őket ütések vagy tárgyak lökdösődése, és a csővezeték nem ejtődik le kezelés közben, a műanyag csövekre gyakorolt ​​káros hatások minimálisak.

Termoplasztikus szelepek típusai

A 80-as osztályú nyomáscsőrendszerekhez gömbcsapok, visszacsapó szelepek, pillangószelepek és membránszelepek kaphatók a különböző hőre lágyuló műanyagokból, számos kivitelben, valamint számos kiegészítővel és tartozékkal. A standard gömbcsap leggyakrabban valódi csatlakozó kialakítású, hogy megkönnyítse a szeleptest eltávolítását karbantartás céljából a csatlakozó csővezeték megbontása nélkül. A hőre lágyuló visszacsapó szelepek gömbcsapos, lengő, Y és kúpos visszacsapó szelepként kaphatók. A pillangószelepek könnyen illeszkednek fém karimákhoz, mivel megfelelnek az ANSI 150-es osztályú csavarfuratoknak, csavarköröknek és teljes méreteknek. A hőre lágyuló alkatrészek sima belső átmérője csak hozzájárul a membránszelepek pontos szabályozásához.

Számos amerikai és külföldi vállalat gyárt PVC és CPVC gömbcsapokat 1/2 hüvelyktől 6 hüvelykig terjedő méretekben, tokos, menetes vagy peremes csatlakozással. A modern gömbcsapok valódi csatlakozó kialakítása két anyát tartalmaz, amelyek a házra csavarozódnak, elasztomer tömítéseket préselve a ház és a végcsatlakozók között. Egyes gyártók évtizedek óta ugyanazt a gömbcsap fektetési hosszát és anyamenetét tartják fenn, hogy a régebbi szelepek könnyen cserélhetők legyenek a csatlakozó csövek módosítása nélkül.

Az etilén-propilén-dién monomer (EPDM) elasztomer tömítéssel ellátott gömbcsapoknak NSF-61G szabvány szerinti tanúsítvánnyal kell rendelkezniük ivóvízben való használatra. A fluorozott szénhidrogén (FKM) elasztomer tömítések alternatívaként használhatók olyan rendszerekben, ahol a kémiai kompatibilitás fontos. Az FKM a legtöbb ásványi savakat tartalmazó alkalmazásban is használható, kivéve a hidrogén-kloridot, a sóoldatokat, a klórozott szénhidrogéneket és a kőolajolajokat.

A 1,3 cm-től 5 cm-ig terjedő PVC és CPVC gömbcsapok életképes megoldást jelentenek meleg és hideg vizes alkalmazásokhoz, ahol a maximális, nem lökésszerű vízellátás akár 250 psi is lehet 25°C-on. A nagyobb, 6,5 cm-től 15 cm-ig terjedő gömbcsapok alacsonyabb, 150 psi nyomásállósággal rendelkeznek 25°C-on. A vegyi anyagok szállításában gyakran használt PP és PVDF gömbcsapok (3. és 4. ábra), amelyek 1,3 cm-től 10 cm-ig terjedő méretben kaphatók, csatlakozóhüvelyes, menetes vagy peremes csatlakozásokkal, általában 150 psi maximális, nem lökésszerű vízellátásra vannak méretezve környezeti hőmérsékleten.

A hőre lágyuló golyós visszacsapó szelepek egy olyan golyón alapulnak, amelynek fajsúlya kisebb, mint a vízé, így ha a nyomásveszteség a felső oldalon csökken, a golyó visszasüllyed a tömítőfelületre. Ezek a szelepek ugyanabban a feladatban használhatók, mint a hasonló műanyag golyósszelepek, mivel nem visznek be új anyagokat a rendszerbe. Más típusú visszacsapó szelepek fémrugókat is tartalmazhatnak, amelyek nem biztos, hogy korrozív környezetben bírják.

A 2 hüvelyktől 24 hüvelykig terjedő méretű műanyag pillangószelepek népszerűek a nagyobb átmérőjű csőrendszerekben. A műanyag pillangószelepek gyártói eltérő megközelítéseket alkalmaznak a konstrukció és a tömítőfelületek tekintetében. Egyesek elasztomer betétet (5. ábra) vagy O-gyűrűt használnak, míg mások elasztomer bevonatú tárcsát. Egyesek egyetlen anyagból gyártják a házat, de a belső, nedvesített alkatrészek szolgálnak a rendszer anyagaként, ami azt jelenti, hogy a polipropilén pillangószelep ház tartalmazhat EPDM betétet és PVC tárcsát, vagy számos más konfigurációt, általánosan megtalálható hőre lágyuló műanyagokkal és elasztomer tömítésekkel.

A műanyag pillangószelep beszerelése egyszerű, mivel ezek a szelepek lapka alakúra készülnek, és a házba elasztomer tömítések vannak beépítve. Nem igényelnek tömítést. Két illeszkedő karima között elhelyezett műanyag pillangószelep felcsavarozását óvatosan kell kezelni, három lépésben növelve az ajánlott csavarnyomatékot. Ez azért van így, hogy a felületen egyenletes tömítés legyen, és ne érje egyenetlen mechanikai igénybevétel a szelepet.

A fémszelep-szakemberek számára ismerősek lehetnek a kerékkel és helyzetjelzőkkel ellátott műanyag membránszelepek (6. ábra); azonban a műanyag membránszelepnek is lehetnek különleges előnyei, beleértve a hőre lágyuló test sima belső falait. A műanyag gömbcsaphoz hasonlóan ezeknek a szelepeknek a felhasználóinak lehetőségük van valódi csatlakozó kialakítást beszerelni, ami különösen hasznos lehet a szelep karbantartási munkái során. Vagy a felhasználó választhat karimás csatlakozást. A test- és membránanyagok sokféleségének köszönhetően ez a szelep számos vegyipari alkalmazásban használható.

Mint minden szelepnél, a műanyag szelepek működtetésének kulcsa a működési követelmények meghatározása, például a pneumatikus vagy elektromos, valamint az egyenáramú vagy váltóáramú tápellátás. A műanyagok esetében azonban a tervezőnek és a felhasználónak azt is meg kell értenie, hogy milyen környezet veszi körül a működtetőt. Mint korábban említettük, a műanyag szelepek nagyszerű választást jelentenek korrozív helyzetekben, amelyek magukban foglalják a külsőleg korrozív környezeteket is. Emiatt a műanyag szelepek működtetőinek házanyaga fontos szempont. A műanyag szelepgyártók műanyaggal bevont működtetők vagy epoxigyantával bevont fémházak formájában kínálnak lehetőségeket ezen korrozív környezetek igényeinek kielégítésére.

Ahogy ez a cikk is mutatja, a műanyag szelepek ma már mindenféle lehetőséget kínálnak új alkalmazásokhoz és helyzetekhez.