Αν καιπλαστικές βαλβίδεςμερικές φορές θεωρούνται ως ένα ειδικό προϊόν - η πρώτη επιλογή για άτομα που κατασκευάζουν ή σχεδιάζουν πλαστικά προϊόντα σωληνώσεων για βιομηχανικά συστήματα ή που πρέπει να διαθέτουν εξαιρετικά καθαρό εξοπλισμό - είναι σύντομο να υποθέσουμε ότι αυτές οι βαλβίδες δεν έχουν πολλές γενικές χρήσεις - όραμα. Στην πραγματικότητα, οι σημερινές πλαστικές βαλβίδες έχουν ένα ευρύ φάσμα χρήσεων, επειδή οι τύποι υλικών συνεχίζουν να επεκτείνονται και οι καλοί σχεδιαστές που χρειάζονται αυτά τα υλικά σημαίνουν ότι υπάρχουν όλο και περισσότεροι τρόποι χρήσης αυτών των πολυλειτουργικών εργαλείων.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΛΑΣΤΙΚΟΥ

Τα πλεονεκτήματα των θερμοπλαστικών βαλβίδων είναι πολλά - αντοχή στη διάβρωση, τα χημικά και την τριβή, λεία εσωτερικά τοιχώματα, ελαφρύ βάρος, ευκολία εγκατάστασης, μεγάλη διάρκεια ζωής και χαμηλότερο κόστος κύκλου ζωής. Αυτά τα πλεονεκτήματα έχουν οδηγήσει σε ευρεία αποδοχή των πλαστικών βαλβίδων σε εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές, όπως η διανομή νερού, η επεξεργασία λυμάτων, η επεξεργασία μετάλλων και χημικών, τα τρόφιμα και τα φαρμακευτικά προϊόντα, οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας, τα διυλιστήρια πετρελαίου και άλλα. Οι πλαστικές βαλβίδες μπορούν να κατασκευαστούν από διάφορα υλικά που χρησιμοποιούνται σε διάφορες διαμορφώσεις. Οι πιο συνηθισμένες θερμοπλαστικές βαλβίδες είναι κατασκευασμένες από πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), χλωριωμένο πολυβινυλοχλωρίδιο (CPVC), πολυπροπυλένιο (PP) και πολυβινυλιδενοφθορίδιο (PVDF). Οι βαλβίδες PVC και CPVC συνδέονται συνήθως με συστήματα σωληνώσεων με άκρα υποδοχής τσιμέντου με διαλύτη ή με σπειροειδή και φλαντζωτά άκρα. Ενώ τα PP και PVDF απαιτούν σύνδεση των εξαρτημάτων του συστήματος σωληνώσεων, είτε με τεχνολογίες θερμότητας, άκρων ή ηλεκτροσύντηξης.

Οι θερμοπλαστικές βαλβίδες διαπρέπουν σε διαβρωτικά περιβάλλοντα, αλλά είναι εξίσου χρήσιμες και στις γενικές υπηρεσίες ύδρευσης επειδή δεν περιέχουν μόλυβδο1, είναι ανθεκτικές στην αποψευδαργύρωση και δεν σκουριάζουν. Τα συστήματα σωληνώσεων και οι βαλβίδες PVC και CPVC θα πρέπει να δοκιμάζονται και να πιστοποιούνται σύμφωνα με το πρότυπο NSF [Εθνικό Ίδρυμα Υγιεινής] 61 για επιπτώσεις στην υγεία, συμπεριλαμβανομένης της απαίτησης χαμηλής περιεκτικότητας σε μόλυβδο για το Παράρτημα G. Η επιλογή του κατάλληλου υλικού για διαβρωτικά υγρά μπορεί να γίνει συμβουλευόμενοι τον οδηγό χημικής αντοχής του κατασκευαστή και κατανοώντας την επίδραση που θα έχει η θερμοκρασία στην αντοχή των πλαστικών υλικών.

Αν και το πολυπροπυλένιο έχει τη μισή αντοχή από το PVC και το CPVC, έχει την πιο ευέλικτη χημική αντοχή επειδή δεν υπάρχουν γνωστοί διαλύτες. Το PP αποδίδει καλά σε πυκνά οξικά οξέα και υδροξείδια και είναι επίσης κατάλληλο για ηπιότερα διαλύματα των περισσότερων οξέων, αλκαλίων, αλάτων και πολλών οργανικών χημικών ουσιών.

Το πολυπροπυλένιο (PP) διατίθεται ως χρωματισμένο ή μη χρωματισμένο (φυσικό) υλικό. Το φυσικό πολυπροπυλένιο (PP) υποβαθμίζεται σοβαρά από την υπεριώδη (UV) ακτινοβολία, αλλά οι ενώσεις που περιέχουν περισσότερο από 2,5% χρωστική ουσία μαύρου άνθρακα είναι επαρκώς σταθεροποιημένες στην υπεριώδη ακτινοβολία.

Τα συστήματα σωληνώσεων PVDF χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία βιομηχανικών εφαρμογών, από τη φαρμακευτική έως την εξόρυξη, λόγω της αντοχής του PVDF, της θερμοκρασίας λειτουργίας του και της χημικής αντοχής του σε άλατα, ισχυρά οξέα, αραιές βάσεις και πολλούς οργανικούς διαλύτες. Σε αντίθεση με το PP, το PVDF δεν υποβαθμίζεται από το ηλιακό φως. Ωστόσο, το πλαστικό είναι διαφανές στο ηλιακό φως και μπορεί να εκθέσει το υγρό σε υπεριώδη ακτινοβολία. Ενώ μια φυσική, μη χρωστική σύνθεση PVDF είναι εξαιρετική για εφαρμογές υψηλής καθαρότητας σε εσωτερικούς χώρους, η προσθήκη μιας χρωστικής, όπως ένα κόκκινο κατάλληλο για τρόφιμα, θα επέτρεπε την έκθεση στο ηλιακό φως χωρίς δυσμενείς επιπτώσεις στο υγρό μέσο.

Τα πλαστικά συστήματα αντιμετωπίζουν προκλήσεις σχεδιασμού, όπως η ευαισθησία στη θερμοκρασία και η θερμική διαστολή και συστολή, αλλά οι μηχανικοί μπορούν και έχουν σχεδιάσει μακροχρόνια, οικονομικά αποδοτικά συστήματα σωληνώσεων για γενικά και διαβρωτικά περιβάλλοντα. Η κύρια παράμετρος σχεδιασμού είναι ότι ο συντελεστής θερμικής διαστολής για τα πλαστικά είναι μεγαλύτερος από ό,τι για το μέταλλο — για παράδειγμα, το θερμοπλαστικό είναι πέντε έως έξι φορές μεγαλύτερος από αυτόν του χάλυβα.

Κατά τον σχεδιασμό συστημάτων σωληνώσεων και λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση στην τοποθέτηση των βαλβίδων και τα στηρίγματα των βαλβίδων, μια σημαντική παράμετρος στα θερμοπλαστικά είναι η θερμική επιμήκυνση. Οι τάσεις και οι δυνάμεις που προκύπτουν από τη θερμική διαστολή και συστολή μπορούν να μειωθούν ή να εξαλειφθούν παρέχοντας ευελιξία στα συστήματα σωληνώσεων μέσω συχνών αλλαγών στην κατεύθυνση ή εισαγωγής βρόχων διαστολής. Παρέχοντας αυτήν την ευελιξία κατά μήκος του συστήματος σωληνώσεων, η πλαστική βαλβίδα δεν θα χρειάζεται να απορροφά τόσο μεγάλο μέρος της τάσης (Σχήμα 1).

Επειδή τα θερμοπλαστικά είναι ευαίσθητα στη θερμοκρασία, η ονομαστική πίεση μιας βαλβίδας μειώνεται καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Διαφορετικά πλαστικά υλικά έχουν αντίστοιχη υποβάθμιση με την αυξημένη θερμοκρασία. Η θερμοκρασία του ρευστού μπορεί να μην είναι η μόνη πηγή θερμότητας που μπορεί να επηρεάσει την ονομαστική πίεση μιας πλαστικής βαλβίδας—η μέγιστη εξωτερική θερμοκρασία πρέπει να αποτελεί μέρος του σχεδιασμού. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η μη σχεδίαση για την εξωτερική θερμοκρασία των σωληνώσεων μπορεί να προκαλέσει υπερβολική χαλάρωση λόγω έλλειψης στηριγμάτων σωλήνων. Το PVC έχει μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας 140°F. Το CPVC έχει μέγιστη 220°F. Το PP έχει μέγιστη 180°F. και οι βαλβίδες PVDF μπορούν να διατηρήσουν πίεση έως και 280°F (Σχήμα 2).

Στο άλλο άκρο της κλίμακας θερμοκρασίας, τα περισσότερα συστήματα πλαστικών σωληνώσεων λειτουργούν αρκετά καλά σε θερμοκρασίες κάτω του μηδενός. Στην πραγματικότητα, η αντοχή σε εφελκυσμό αυξάνεται στις θερμοπλαστικές σωληνώσεις καθώς μειώνεται η θερμοκρασία. Ωστόσο, η αντοχή σε κρούση των περισσότερων πλαστικών μειώνεται καθώς μειώνεται η θερμοκρασία και εμφανίζεται ευθραυστότητα στα υλικά σωληνώσεων που επηρεάζονται. Εφόσον οι βαλβίδες και το παρακείμενο σύστημα σωληνώσεων παραμένουν ανέπαφα, δεν κινδυνεύουν από χτυπήματα ή χτυπήματα αντικειμένων και οι σωληνώσεις δεν πέφτουν κατά τον χειρισμό, οι δυσμενείς επιπτώσεις στις πλαστικές σωληνώσεις ελαχιστοποιούνται.

ΤΥΠΟΙ ΘΕΡΜΟΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΒΑΛΒΙΔΩΝ

Σφαιρικές βαλβίδες,βαλβίδες ελέγχου,βαλβίδες πεταλούδαςκαι οι βαλβίδες διαφράγματος διατίθενται σε καθένα από τα διαφορετικά θερμοπλαστικά υλικά για συστήματα σωληνώσεων πίεσης προγράμματος 80, τα οποία διαθέτουν επίσης πληθώρα επιλογών επένδυσης και αξεσουάρ. Η τυπική σφαιρική βαλβίδα είναι συνήθως ένας σχεδιασμός πραγματικής ένωσης για να διευκολύνει την αφαίρεση του σώματος της βαλβίδας για συντήρηση χωρίς διακοπή των σωληνώσεων σύνδεσης. Οι θερμοπλαστικές βαλβίδες αντεπιστροφής διατίθενται ως σφαιρικές βαλβίδες ελέγχου, αιωρούμενες βαλβίδες ελέγχου, βαλβίδες ελέγχου σχήματος Y και κωνικές βαλβίδες ελέγχου. Οι βαλβίδες πεταλούδας συνδυάζονται εύκολα με μεταλλικές φλάντζες επειδή συμμορφώνονται με τις οπές των μπουλονιών, τους κύκλους των μπουλονιών και τις συνολικές διαστάσεις της ANSI Class 150. Η ομαλή εσωτερική διάμετρος των θερμοπλαστικών εξαρτημάτων προσθέτει μόνο στον ακριβή έλεγχο των βαλβίδων διαφράγματος.

Οι σφαιρικές βαλβίδες από PVC και CPVC κατασκευάζονται από διάφορες αμερικανικές και ξένες εταιρείες σε μεγέθη από 1/2 ίντσα έως 6 ίντσες με συνδέσεις υποδοχής, σπειρώματα ή φλάντζες. Ο πραγματικός σχεδιασμός σύνδεσης των σύγχρονων σφαιρικών βαλβίδων περιλαμβάνει δύο παξιμάδια που βιδώνονται στο σώμα, συμπιέζοντας ελαστομερείς σφραγίδες μεταξύ του σώματος και των τελικών συνδέσμων. Ορισμένοι κατασκευαστές έχουν διατηρήσει το ίδιο μήκος τοποθέτησης σφαιρικών βαλβίδων και τα σπειρώματα παξιμαδιών για δεκαετίες, ώστε να επιτρέπουν την εύκολη αντικατάσταση παλαιότερων βαλβίδων χωρίς τροποποίηση των παρακείμενων σωληνώσεων.

Οι σφαιρικές βαλβίδες με ελαστομερείς σφραγίδες μονομερούς αιθυλενίου-προπυλενίου-διενίου (EPDM) θα πρέπει να είναι πιστοποιημένες κατά NSF-61G για χρήση σε πόσιμο νερό. Οι ελαστομερείς σφραγίδες φθορανθράκων (FKM) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτική λύση για συστήματα όπου η χημική συμβατότητα αποτελεί ζήτημα. Η FKM μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στις περισσότερες εφαρμογές που περιλαμβάνουν ανόργανα οξέα, με εξαίρεση το υδροχλώριο, τα διαλύματα αλάτων, τους χλωριωμένους υδρογονάνθρακες και τα πετρελαϊκά έλαια.

Σχήμα 3. Μια σφαιρική βαλβίδα με φλάντζα συνδεδεμένη σε μια δεξαμενή Σχήμα 4. Μια σφαιρική βαλβίδα αντεπιστροφής εγκατεστημένη κάθετα Οι σφαιρικές βαλβίδες PVC και CPVC, 1/2 ίντσας έως 2 ίντσες, αποτελούν μια βιώσιμη επιλογή για εφαρμογές ζεστού και κρύου νερού όπου η μέγιστη παροχή νερού χωρίς σοκ μπορεί να φτάσει τα 250 psi στους 23°C. Οι μεγαλύτερες σφαιρικές βαλβίδες, 2-1/2 ίντσες έως 6 ίντσες, θα έχουν χαμηλότερη ονομαστική πίεση 150 psi στους 23°C. Συνήθως χρησιμοποιούνται στη μεταφορά χημικών, οι σφαιρικές βαλβίδες PP και PVDF (Σχήματα 3 και 4), διαθέσιμες σε μεγέθη 1/2 ίντσας έως 4 ίντσες με συνδέσεις με υποδοχή, σπείρωμα ή φλάντζα, έχουν συνήθως μέγιστη παροχή νερού χωρίς σοκ 150 psi σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Οι θερμοπλαστικές σφαιρικές βαλβίδες αντεπιστροφής βασίζονται σε μια σφαίρα με ειδικό βάρος μικρότερο από αυτό του νερού, έτσι ώστε εάν χαθεί πίεση στην ανάντη πλευρά, η σφαίρα θα βυθιστεί πίσω στην επιφάνεια στεγανοποίησης. Αυτές οι βαλβίδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην ίδια λειτουργία με παρόμοιες πλαστικές σφαιρικές βαλβίδες, επειδή δεν εισάγουν νέα υλικά στο σύστημα. Άλλοι τύποι βαλβίδων αντεπιστροφής μπορεί να περιλαμβάνουν μεταλλικά ελατήρια που μπορεί να μην αντέχουν σε διαβρωτικά περιβάλλοντα.

Σχήμα 5. Βαλβίδα πεταλούδας με ελαστομερή επένδυση. Η πλαστική βαλβίδα πεταλούδας σε μεγέθη από 2 ίντσες έως 24 ίντσες είναι δημοφιλής για συστήματα σωληνώσεων μεγαλύτερης διαμέτρου. Οι κατασκευαστές πλαστικών βαλβίδων πεταλούδας ακολουθούν διαφορετικές προσεγγίσεις στην κατασκευή και τις επιφάνειες στεγανοποίησης. Κάποιοι χρησιμοποιούν ελαστομερή επένδυση (Σχήμα 5) ή δακτύλιο Ο, ενώ άλλοι χρησιμοποιούν δίσκο με ελαστομερή επικάλυψη. Κάποιοι κατασκευάζουν το σώμα από ένα υλικό, αλλά τα εσωτερικά, βρεγμένα εξαρτήματα χρησιμεύουν ως υλικά του συστήματος, πράγμα που σημαίνει ότι ένα σώμα βαλβίδας πεταλούδας από πολυπροπυλένιο μπορεί να περιέχει επένδυση EPDM και δίσκο PVC ή διάφορες άλλες διαμορφώσεις με συνήθως χρησιμοποιούμενα θερμοπλαστικά και ελαστομερείς σφραγίδες.

Η εγκατάσταση μιας πλαστικής βαλβίδας πεταλούδας είναι απλή, επειδή αυτές οι βαλβίδες κατασκευάζονται σε σχήμα πλακιδίου με ελαστομερείς σφραγίδες σχεδιασμένες στο σώμα. Δεν απαιτούν την προσθήκη φλάντζας. Τοποθετημένη ανάμεσα σε δύο φλάντζες σύνδεσης, η βιδωτή σύνδεση μιας πλαστικής βαλβίδας πεταλούδας πρέπει να γίνεται με προσοχή, αυξάνοντας τη συνιστώμενη ροπή σύσφιξης σε τρία στάδια. Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί η ομοιόμορφη σφράγιση σε όλη την επιφάνεια και ότι δεν ασκείται ανομοιόμορφη μηχανική καταπόνηση στη βαλβίδα.

Σχήμα 6. Βαλβίδα διαφράγματος Οι επαγγελματίες μεταλλικών βαλβίδων θα βρουν τις κορυφαίες επιδόσεις των πλαστικών βαλβίδων διαφράγματος με τους δείκτες τροχού και θέσης εξοικειωμένους (Σχήμα 6). Ωστόσο, η πλαστική βαλβίδα διαφράγματος μπορεί να περιλαμβάνει ορισμένα ξεχωριστά πλεονεκτήματα, όπως τα λεία εσωτερικά τοιχώματα του θερμοπλαστικού σώματος. Όπως και η πλαστική σφαιρική βαλβίδα, οι χρήστες αυτών των βαλβίδων έχουν την επιλογή να εγκαταστήσουν τον σχεδιασμό της πραγματικής ένωσης, ο οποίος μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για εργασίες συντήρησης στη βαλβίδα. Εναλλακτικά, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει συνδέσεις με φλάντζες. Λόγω όλων των επιλογών υλικών σώματος και διαφράγματος, αυτή η βαλβίδα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία χημικών εφαρμογών.

Όπως συμβαίνει με κάθε βαλβίδα, το κλειδί για την ενεργοποίηση πλαστικών βαλβίδων είναι ο προσδιορισμός των λειτουργικών απαιτήσεων, όπως η πνευματική έναντι της ηλεκτρικής και η DC έναντι της AC. Αλλά με το πλαστικό, ο σχεδιαστής και ο χρήστης πρέπει επίσης να κατανοήσουν τον τύπο του περιβάλλοντος που θα περιβάλλει τον ενεργοποιητή. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι πλαστικές βαλβίδες αποτελούν μια εξαιρετική επιλογή για διαβρωτικές καταστάσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν εξωτερικά διαβρωτικά περιβάλλοντα. Εξαιτίας αυτού, το υλικό περιβλήματος των ενεργοποιητών για πλαστικές βαλβίδες είναι μια σημαντική παράμετρος. Οι κατασκευαστές πλαστικών βαλβίδων έχουν επιλογές για να καλύψουν τις ανάγκες αυτών των διαβρωτικών περιβαλλόντων με τη μορφή ενεργοποιητών με πλαστικό ή μεταλλικών θηκών με εποξειδική επίστρωση.

Όπως δείχνει αυτό το άρθρο, οι πλαστικές βαλβίδες σήμερα προσφέρουν κάθε είδους επιλογές για νέες εφαρμογές και καταστάσεις.