Chociażzawory plastikowesą czasami uważane za produkt specjalny – pierwszy wybór dla osób, które produkują lub projektują rurociągi z tworzyw sztucznych do systemów przemysłowych lub które muszą mieć ultra czysty sprzęt – krótko zakładając, że te zawory nie mają wielu ogólnych zastosowań – wizja. W rzeczywistości dzisiejsze zawory plastikowe mają szeroki zakres zastosowań, ponieważ rodzaje materiałów stale się poszerzają, a dobrzy projektanci, którzy potrzebują tych materiałów, oznaczają, że istnieje coraz więcej sposobów wykorzystania tych wielofunkcyjnych narzędzi.

WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW SZTUCZNYCH

Zawory termoplastyczne mają szerokie zalety – odporność na korozję, chemikalia i ścieranie; gładkie ściany wewnętrzne; niewielka waga; łatwość instalacji; długa oczekiwana długość życia; i niższy koszt cyklu życia. Zalety te doprowadziły do ​​szerokiej akceptacji zaworów z tworzyw sztucznych w zastosowaniach komercyjnych i przemysłowych, takich jak dystrybucja wody, oczyszczanie ścieków, obróbka metali i chemiczna, żywność i farmaceutyka, elektrownie, rafinerie ropy naftowej. Zawory moPlastic mogą być produkowane z wielu różnych materiałów w wielu konfiguracjach. Najpopularniejsze zawory termoplastyczne wykonane są z polichlorku winylu (PVC), chlorowanego polichlorku winylu (CPVC), polipropylenu (PP) i polifluorku winylidenu (PVDF). Zawory z PVC i CPVC są powszechnie łączone z systemami rurociągów za pomocą końcówek kielichowych lub końcówek gwintowanych i kołnierzowych cementowanych rozpuszczalnikiem; podczas gdy PP i PVDF wymagają łączenia elementów systemu rurociągów za pomocą technologii zgrzewania, doczołowego lub elektrooporu.

Zawory termoplastyczne doskonale sprawdzają się w środowiskach korozyjnych, ale są równie przydatne w ogólnych instalacjach wodnych, ponieważ nie zawierają ołowiu1, są odporne na odcynkowanie i nie rdzewieją. Systemy rurowe i zawory z PVC i CPVC powinny zostać przetestowane i certyfikowane zgodnie z normą 61 NSF [National Sanitation Foundation] pod kątem skutków zdrowotnych, w tym wymagania dotyczące niskiej zawartości ołowiu określone w Załączniku G. Wybór odpowiedniego materiału dla płynów korozyjnych można przeprowadzić po konsultacji z producentem odporności chemicznej przewodnik i zrozumienie wpływu, jaki temperatura będzie miała na wytrzymałość materiałów z tworzyw sztucznych.

Chociaż polipropylen ma połowę wytrzymałości w stosunku do PVC i CPVC, ma najbardziej wszechstronną odporność chemiczną, ponieważ nie są znane żadne rozpuszczalniki. PP dobrze radzi sobie ze stężonymi kwasami octowymi i wodorotlenkami, nadaje się także do łagodniejszych roztworów większości kwasów, zasad, soli i wielu organicznych substancji chemicznych.

PP jest dostępny jako materiał pigmentowany lub niepigmentowany (naturalny). Naturalny PP ulega znacznej degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (UV), ale związki zawierające więcej niż 2,5% pigmentu sadzy są odpowiednio stabilizowane przed promieniowaniem UV.

Systemy rur PVDF są wykorzystywane w różnorodnych zastosowaniach przemysłowych, od farmaceutycznego po górnictwo, ze względu na wytrzymałość, temperaturę roboczą i odporność chemiczną PVDF na sole, mocne kwasy, rozcieńczone zasady i wiele rozpuszczalników organicznych. W przeciwieństwie do PP, PVDF nie ulega rozkładowi pod wpływem światła słonecznego; jednakże tworzywo sztuczne jest przezroczyste dla światła słonecznego i może narazić płyn na promieniowanie UV. Chociaż naturalna, bezpigmentowana formuła PVDF doskonale nadaje się do zastosowań wewnętrznych o wysokiej czystości, dodanie pigmentu, takiego jak czerwień spożywcza, umożliwiłoby ekspozycję na światło słoneczne bez niekorzystnego wpływu na płynne medium.

Systemy z tworzyw sztucznych wiążą się z wyzwaniami projektowymi, takimi jak wrażliwość na temperaturę oraz rozszerzalność i kurczenie cieplne, ale inżynierowie mogą zaprojektować trwałe i opłacalne systemy rurowe dla środowisk ogólnych i korozyjnych. Głównym założeniem projektowym jest to, aby współczynnik rozszerzalności cieplnej tworzyw sztucznych był większy niż metalu — na przykład tworzywa termoplastyczne są pięć do sześciu razy większe niż stali.

Projektując systemy rurociągów i rozważając wpływ na rozmieszczenie zaworów i wsporniki zaworów, ważnym czynnikiem w przypadku tworzyw termoplastycznych jest wydłużenie termiczne. Naprężenia i siły wynikające z rozszerzalności i skurczu termicznego można zmniejszyć lub wyeliminować, zapewniając elastyczność systemów rurowych poprzez częste zmiany kierunku lub wprowadzenie pętli dylatacyjnych. Dzięki zapewnieniu tej elastyczności wzdłuż instalacji rurowej zawór z tworzywa sztucznego nie będzie musiał przejmować tak dużej ilości naprężeń (rysunek 1).

Ponieważ tworzywa termoplastyczne są wrażliwe na temperaturę, ciśnienie znamionowe zaworu zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Różne materiały z tworzyw sztucznych wykazują odpowiednie obniżenie wartości znamionowych wraz ze wzrostem temperatury. Temperatura płynu nie może być jedynym źródłem ciepła, które może mieć wpływ na ciśnienie znamionowe zaworów z tworzywa sztucznego – przy projektowaniu należy uwzględnić maksymalną temperaturę zewnętrzną. W niektórych przypadkach niezaprojektowanie rury pod kątem temperatury zewnętrznej może spowodować nadmierne ugięcie z powodu braku podpór rurowych. Maksymalna temperatura pracy PVC wynosi 140°F; CPVC ma maksymalnie 220°F; PP ma maksymalnie 180°F; i zawory PVDF mogą utrzymać ciśnienie do 280°F (rysunek 2).

Z drugiej strony skali temperatur większość systemów rur z tworzyw sztucznych działa całkiem dobrze w temperaturach poniżej zera. W rzeczywistości wytrzymałość na rozciąganie rur termoplastycznych wzrasta wraz ze spadkiem temperatury. Jednakże odporność na uderzenia większości tworzyw sztucznych zmniejsza się wraz ze spadkiem temperatury, a uszkodzone materiały rurowe stają się kruche. Dopóki zawory i przylegający do nich system rurociągów nie są naruszone, nie są narażone na uderzenia lub uderzenia przedmiotami, a rurociąg nie upadnie podczas przenoszenia, niekorzystny wpływ na rurociągi z tworzywa sztucznego jest zminimalizowany.

TYPY ZAWORÓW TERMOPLASTYCZNYCH

Zawory kulowe,zawory zwrotne,zawory motylkowei zawory membranowe są dostępne w każdym z różnych materiałów termoplastycznych dla systemów rurociągów ciśnieniowych Schedule 80, które mają również wiele opcji wyposażenia i akcesoriów. Standardowy zawór kulowy jest najczęściej uznawany za konstrukcję z prawdziwym złączem, ułatwiającą demontaż korpusu zaworu w celu konserwacji bez zakłócania rur łączących. Termoplastyczne zawory zwrotne są dostępne w wersji kulowej, wahliwej, Y-checkowej i stożkowej. Zawory motylkowe łatwo łączą się z kołnierzami metalowymi, ponieważ są zgodne z otworami na śruby, okręgami śrub i całkowitymi wymiarami ANSI klasy 150. Gładka średnica wewnętrzna części termoplastycznych tylko zwiększa precyzyjną kontrolę zaworów membranowych.

Zawory kulowe z PVC i CPVC są produkowane przez kilka amerykańskich i zagranicznych firm w rozmiarach od 1/2 cala do 6 cali z gniazdami, połączeniami gwintowanymi lub kołnierzowymi. Prawdziwa konstrukcja współczesnych zaworów kulowych obejmuje dwie nakrętki przykręcane do korpusu, ściskające uszczelki elastomerowe pomiędzy korpusem a złączami końcowymi. Niektórzy producenci od dziesięcioleci utrzymują tę samą długość układania zaworów kulowych i gwinty nakrętek, aby umożliwić łatwą wymianę starszych zaworów bez modyfikacji przylegających rurociągów.

Zawory kulowe z uszczelkami z elastomeru etylenowo-propylenowo-dienowego (EPDM) powinny posiadać certyfikat NSF-61G do stosowania w wodzie pitnej. Uszczelki z elastomeru fluorowęglowego (FKM) można stosować jako alternatywę w systemach, w których problemem jest zgodność chemiczna. FKM można również stosować w większości zastosowań związanych z kwasami mineralnymi, z wyjątkiem chlorowodoru, roztworów soli, chlorowanych węglowodorów i olejów naftowych.

Rysunek 3. Zawór kulowy kołnierzowy przymocowany do zbiornika. Rysunek 4. Kulowy zawór zwrotny zainstalowany pionowo. Zawory kulowe z PVC i CPVC o średnicach od 1/2 cala do 2 cali są realną opcją do zastosowań z ciepłą i zimną wodą, gdzie maksymalna ilość wody bez uderzeń ciśnienie może sięgać nawet 250 psi przy 73°F. Większe zawory kulowe, od 2-1/2 cala do 6 cali, będą miały niższe ciśnienie znamionowe wynoszące 150 psi przy 73°F. Powszechnie stosowane w transporcie środków chemicznych zawory kulowe z PP i PVDF (rysunki 3 i 4), dostępne w rozmiarach od 1/2 cala do 4 cali z gniazdami, połączeniami gwintowanymi lub kołnierzowymi, są zwykle przystosowane do maksymalnego przepływu wody bez udaru wynoszącego 150 psi w temperaturze otoczenia.

Termoplastyczne kulowe zawory zwrotne opierają się na kuli o ciężarze właściwym mniejszym niż woda, więc w przypadku utraty ciśnienia po stronie dopływu kula opadnie z powrotem na powierzchnię uszczelniającą. Zawory te mogą być używane w tym samym celu, co podobne plastikowe zawory kulowe, ponieważ nie wprowadzają nowych materiałów do systemu. Inne typy zaworów zwrotnych mogą zawierać sprężyny metalowe, które mogą nie wytrzymać w środowiskach korozyjnych.

Rysunek 5. Przepustnica z wkładką elastomerową Plastikowa przepustnica w rozmiarach od 2 cali do 24 cali jest popularna w instalacjach rurowych o większej średnicy. Producenci plastikowych przepustnic w różny sposób podchodzą do konstrukcji i powierzchni uszczelniających. Niektórzy używają wkładki elastomerowej (rysunek 5) lub pierścienia typu O-ring, podczas gdy inni wykorzystują tarczę pokrytą elastomerem. Niektóre wykonują korpus z jednego materiału, ale wewnętrzne, zwilżane elementy służą jako materiały systemowe, co oznacza, że ​​korpus przepustnicy z polipropylenu może zawierać wkładkę EPDM i dysk z PVC lub kilka innych konfiguracji z powszechnie stosowanymi uszczelkami z tworzyw termoplastycznych i elastomerów.

Instalacja plastikowego zaworu motylkowego jest prosta, ponieważ zawory te są produkowane w kształcie płytki z elastomerowymi uszczelkami umieszczonymi w korpusie. Nie wymagają dodania uszczelki. Przykręcanie plastikowej przepustnicy, umieszczonej pomiędzy dwoma współpracującymi kołnierzami, należy wykonywać ostrożnie, zwiększając w trzech etapach moment obrotowy śruby do zalecanego. Odbywa się to w celu zapewnienia równomiernego uszczelnienia na powierzchni i uniknięcia nierównomiernego naprężenia mechanicznego na zaworze.

Rysunek 6. Zawór membranowy Specjaliści zajmujący się zaworami metalowymi uznają najlepsze prace plastikowych zaworów membranowych ze znajomym kołem i wskaźnikami położenia (Rysunek 6); jednakże zawór membranowy z tworzywa sztucznego może mieć pewne wyraźne zalety, w tym gładkie ścianki wewnętrzne korpusu termoplastycznego. Podobnie jak w przypadku zaworu kulowego z tworzywa sztucznego, użytkownicy tych zaworów mają możliwość zainstalowania prawdziwego złącza, co może być szczególnie przydatne podczas prac konserwacyjnych na zaworze. Lub użytkownik może wybrać połączenia kołnierzowe. Ze względu na różnorodność materiałów korpusu i membrany, zawór ten może być stosowany w różnorodnych zastosowaniach chemicznych.

Podobnie jak w przypadku każdego zaworu, kluczem do uruchomienia zaworów plastikowych jest określenie wymagań eksploatacyjnych, takich jak zasilanie pneumatyczne lub elektryczne oraz zasilanie prądem stałym lub przemiennym. Jednak w przypadku tworzyw sztucznych projektant i użytkownik muszą także zrozumieć, jakiego rodzaju środowisko będzie otaczać siłownik. Jak wspomniano wcześniej, zawory plastikowe są doskonałym rozwiązaniem w sytuacjach korozyjnych, które obejmują zewnętrzne środowiska korozyjne. Z tego powodu ważnym czynnikiem jest materiał obudowy siłowników do zaworów z tworzywa sztucznego. Producenci zaworów z tworzyw sztucznych mają możliwość zaspokojenia potrzeb środowisk korozyjnych w postaci siłowników pokrytych tworzywem sztucznym lub metalowych obudów pokrytych żywicą epoksydową.

Jak pokazano w tym artykule, zawory plastikowe oferują dziś różnorodne opcje w nowych zastosowaniach i sytuacjach.