Rodzaje zaworów w armaturze przemysłowej

Wprowadzenie

Istnieją różne rodzaje zaworów, a wszystkie należą do podstawowych elementów armatury przemysłowej. Odpowiadają przede wszystkim za otwieranie, zamykanie i regulowanie przepływu medium i w zależności od konstrukcji mogą być stosowane w instalacjach wodnych, gazowych, parowych, chemicznych, technologicznych czy sprężonego powietrza. Pod pojęciem zaworu kryje się jednak wiele rozwiązań różniących się budową, zasadą działania i przeznaczeniem – to na przykład: zawór kulowy, przepustnica, zawór grzybowy, zasuwa klinowa, kurek stożkowy i zawór membranowy.

Dobór odpowiedniego rozwiązania zależy między innymi od rodzaju medium, ciśnienia i temperatury pracy, wymaganej szczelności, średnicy rurociągu, częstotliwości przełączania oraz tego, czy armatura ma jedynie odcinać przepływ, czy również go regulować. Znaczenie mają także wymagania dotyczące higieny, odporności chemicznej, dostępnej przestrzeni montażowej oraz kosztu zakupu i późniejszej eksploatacji. W tym artykule porównujemy różne rodzaje zaworów w zastosowaniach procesowych.

Czego dowiesz się z tego artykułu?

• Jakie są najpopularniejsze rodzaje zaworów stosowanych w armaturze przemysłowej?
• Czym różnią się zawór kulowy, przepustnica, zawór grzybkowy i zasuwa klinowa?
• Które rodzaje zaworów najlepiej nadają się do odcinania, a które do regulacji przepływu?
• Do jakich mediów i instalacji stosuje się poszczególne rodzaje zaworów?
• Które zawory są najbardziej uniwersalne i czym kierować się przy ich wyborze?

Rodzaje zaworów w armaturze przemysłowej

Zawór kulowy

Zawór kulowy jest jednym z najczęściej stosowanych rodzajów armatury odcinającej. Jego elementem zamykającym jest kula z wykonanym otworem przelotowym. Obrót kuli o 90° powoduje ustawienie otworu zgodnie z kierunkiem przepływu albo jego zamknięcie.

Jedną z najważniejszych zalet zaworów kulowych jest prosta konstrukcja i szybkie działanie. Pełne otwarcie lub zamknięcie wymaga zwykle jedynie ćwierć obrotu. W wersjach pełnoprzelotowych średnica otworu w kuli jest zbliżona do średnicy rurociągu, dzięki czemu zawór powoduje stosunkowo niewielkie straty ciśnienia. Zawory kulowe są wykorzystywane między innymi w instalacjach wodnych, sprężonego powietrza, gazów i różnych mediów procesowych. W zależności od materiału korpusu, kuli i uszczelnień mogą pracować z mediami o bardzo różnych właściwościach.

Mocną stroną zaworów kulowych jest uniwersalność, szczelność oraz możliwość szybkiego odcięcia przepływu. Standardowy zawór kulowy nie jest natomiast najlepszym wyborem do długotrwałej pracy w pozycji częściowo otwartej. Dławienie przepływu może zwiększać prędkość medium w określonych obszarach, powodować turbulencje i przyspieszać zużycie elementów uszczelniających. Jeżeli wymagane jest precyzyjne sterowanie przepływem, zwykle lepiej zastosować armaturę zaprojektowaną specjalnie do regulacji.

Przepustnica

W przepustnicy elementem zamykającym jest tarcza umieszczona wewnątrz korpusu. Obrót tarczy wokół osi pozwala zmieniać powierzchnię przekroju dostępnego dla przepływającego medium. Podobnie jak zawór kulowy, wiele przepustnic działa w zakresie 90°.

Dużą zaletą przepustnic jest ich zwarta konstrukcja. Przy dużych średnicach rurociągów są zazwyczaj znacznie lżejsze i zajmują mniej miejsca niż zawory o bardziej rozbudowanej budowie. Z tego powodu często wykorzystuje się je w instalacjach wodnych, HVAC, systemach chłodzenia oraz wielu instalacjach procesowych.

Przepustnice mogą służyć zarówno do odcinania, jak i – przy odpowiedniej konstrukcji i doborze napędu – regulacji przepływu. Trzeba jednak pamiętać, że tarcza pozostaje w świetle rurociągu również po pełnym otwarciu. Powoduje to pewne zaburzenie przepływu i odróżnia przepustnicę od pełnoprzelotowego zaworu kulowego. W dużych średnicach przepustnice są często korzystnym rozwiązaniem pod względem kosztu zakupu, masy i wymaganej przestrzeni montażowej. 

Zawór grzybkowy

Zawór grzybkowy ma wewnątrz ruchomy element nazywany grzybkiem, który przesuwa się w kierunku gniazda zaworu lub od niego oddala. Gdy grzybek zostanie dociśnięty do gniazda, zamyka drogę przepływu i zatrzymuje medium. Gdy zaczyna się unosić, pomiędzy grzybkiem a gniazdem powstaje szczelina, przez którą może przepływać ciecz lub gaz. Im większa jest szczelina, tym większy może być przepływ. Dzięki temu zawór grzybkowy pozwala nie tylko całkowicie otworzyć lub zamknąć instalację, ale również stopniowo zmieniać ilość przepływającego medium.

Z tego powodu dobrze sprawdza się w zastosowaniach wymagających regulacji przepływu, co jest jedną z najważniejszych zalet tej konstrukcji. Zawory grzybkowe dobrze sprawdzają się w instalacjach, w których wymagane jest dławienie lub regulowanie strumienia medium, a nie wyłącznie jego całkowite otwieranie i zamykanie. Stosuje się je między innymi w instalacjach parowych, wodnych, grzewczych i technologicznych.

Wadą klasycznej konstrukcji grzybowej mogą być większe opory przepływu niż w przypadku pełnoprzelotowego zaworu kulowego czy całkowicie otwartej zasuwy. Medium musi zmienić kierunek lub przepływać przez przewężenie powstające w obrębie gniazda. Przekłada się to na większy spadek ciśnienia. Zawory grzybowe mogą być również droższe od prostych zaworów odcinających o porównywalnej średnicy. Ich zastosowanie jest jednak uzasadnione tam, gdzie ważniejsza od minimalizacji kosztu i oporów jest możliwość kontrolowanej regulacji przepływu.

Zasuwa klinowa

Zasuwa klinowa wykorzystuje element zamykający w kształcie klina, który podczas zamykania przesuwa się poprzecznie względem kierunku przepływu. Po pełnym otwarciu element zamykający jest odsunięty ze światła przewodu, dzięki czemu medium może przepływać przez armaturę przy niewielkich oporach.

Zasuwy są stosowane przede wszystkim jako armatura odcinająca. Dobrze sprawdzają się w rurociągach, w których zawór przez większość czasu pozostaje całkowicie otwarty albo całkowicie zamknięty. Są powszechnie wykorzystywane między innymi w instalacjach wodnych i przemysłowych oraz sieciach o większych średnicach.

Zasuwa klinowa nie jest natomiast przeznaczona do typowej regulacji przepływu. Długotrwała praca w częściowym otwarciu może prowadzić do niekorzystnych zjawisk przepływowych, drgań oraz zużywania powierzchni elementu zamykającego i gniazda. 

W porównaniu z przepustnicą zasuwa może wymagać więcej miejsca i mieć większą masę. Jej koszt rośnie wraz ze średnicą, materiałem i wymaganiami dotyczącymi parametrów pracy. Zaletą pozostają jednak niewielkie opory przepływu po pełnym otwarciu, co ma duże znaczenie w niektórych rurociągach technologicznych.

Kurek stożkowy

W kurku stożkowym elementem zamykającym jest obrotowy stożkowy czop z wykonanym kanałem przepływowym. Obrót czopa powoduje połączenie kanału z rurociągiem lub odcięcie przepływu. Pod względem sposobu obsługi rozwiązanie może więc przypominać zawór kulowy.

Kurki stożkowe charakteryzują się stosunkowo prostą i wytrzymałą konstrukcją. W zależności od wykonania mogą być stosowane do cieczy, gazów, paliw oraz wybranych mediów technologicznych. Dostępne są również konstrukcje wielodrogowe umożliwiające kierowanie medium pomiędzy różnymi odgałęzieniami instalacji.

Wadą kurka stożkowego jest fakt, że powierzchnie współpracujące czopa i korpusu mogą powodować większe tarcie, dlatego konstrukcja wymaga odpowiedniego wykonania, uszczelnienia, a w części rozwiązań również smarowania. Pod względem kosztów kurek stożkowy zazwyczaj nie będzie najtańszym rozwiązaniem. Jego wybór wynika najczęściej z konkretnych warunków procesu i zalet konstrukcyjnych, a nie z potrzeby zastosowania uniwersalnego i ekonomicznego zaworu do typowej instalacji.

Zawór membranowy

Zawór membranowy różni się konstrukcyjnie od większości wymienionych wcześniej rozwiązań. Przepływ jest w nim kontrolowany przez elastyczną membranę, która pod wpływem mechanizmu sterującego przemieszcza się w kierunku powierzchni zamykającej.

Jedną z największych zalet tej konstrukcji jest możliwość odseparowania medium od części mechanicznych zaworu. Dzięki temu zawory membranowe znajdują zastosowanie w instalacjach, w których istotne znaczenie ma czystość procesu lub odporność chemiczna. Spotyka się je między innymi w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, spożywczym oraz instalacjach uzdatniania wody.

Ograniczeniem może być sama membrana, której materiał musi zostać odpowiednio dobrany do medium, temperatury i warunków pracy. Jest ona również elementem eksploatacyjnym podlegającym zużyciu.

W standardowych zastosowaniach zawór membranowy może być droższy od prostego zaworu kulowego. Nie należy jednak porównywać tych konstrukcji wyłącznie na podstawie ceny. W procesach wymagających wysokiej czystości lub skutecznego oddzielenia medium od mechanizmu zaworu membranowego jego cechy mogą mieć znacznie większe znaczenie niż koszt zakupu.

Jakie rodzaje zaworów stosować w instalacji?

Nie istnieje jeden rodzaj zaworu, który będzie najlepszy w każdej instalacji. Poszczególne konstrukcje mają inne właściwości, dlatego dobór powinien rozpoczynać się od określenia funkcji armatury oraz parametrów procesu.

*Poziom kosztu ma charakter orientacyjny. Cena armatury zależy między innymi od średnicy nominalnej, materiału, rodzaju uszczelnienia, parametrów ciśnieniowych i temperaturowych, sposobu przyłączenia oraz zastosowanego napędu.

Które zawory są najbardziej uniwersalne?

W wielu typowych instalacjach przemysłowych za jedno z najbardziej uniwersalnych rozwiązań można uznać zawory kulowe. Wynika to z ich prostej budowy, dobrej szczelności, szybkiego przełączania, szerokiego zakresu dostępnych materiałów oraz stosunkowo niewielkich oporów przepływu w wersjach pełnoprzelotowych.

Podsumowanie

Poszczególne rodzaje zaworów w armaturze przemysłowej różnią się przede wszystkim konstrukcją, charakterystyką przepływu i zakresem zastosowań. Zawory kulowe są uniwersalnym rozwiązaniem do szybkiego odcinania medium, przepustnice dobrze sprawdzają się przy większych średnicach, a zawory grzybowe są przeznaczone przede wszystkim do regulacji. Zasuwy klinowe zapewniają niewielkie opory przy pełnym otwarciu, kurki stożkowe oferują prostą i wytrzymałą konstrukcję, natomiast zawory membranowe są szczególnie przydatne w instalacjach wymagających odseparowania medium od mechanizmu.

Dobór zaworu powinien więc wynikać nie tylko z jego ceny czy średnicy przyłącza. Warto wziąć pod uwagę funkcję zaworu, właściwości medium, ciśnienie, temperaturę, oczekiwaną charakterystykę przepływu oraz warunki eksploatacyjne. Dopiero zestawienie tych parametrów pozwala wybrać rozwiązanie, które będzie jednocześnie bezpieczne, trwałe i ekonomiczne w całym okresie użytkowania instalacji.

FAQ

Jakie są podstawowe rodzaje zaworów przemysłowych?
Do popularnych rozwiązań należą zawory kulowe, grzybkowe i membranowe, przepustnice, zasuwy klinowe oraz kurki stożkowe.

Jaki zawór najlepiej nadaje się do regulacji przepływu?
Do regulacji przepływu dobrze nadaje się zawór grzybkowy. Jego konstrukcja pozwala stopniowo zmieniać wielkość szczeliny, przez którą przepływa medium.

Czym różni się zawór kulowy od przepustnicy?
W zaworze kulowym przepływ otwiera i zamyka obracająca się kula z otworem, natomiast w przepustnicy funkcję tę pełni obracająca się tarcza. Przepustnice są często wybierane przy większych średnicach rurociągów.

Czy zawór kulowy można stosować do regulacji przepływu?
Standardowy zawór kulowy służy przede wszystkim do odcinania przepływu. Długotrwała praca w częściowym otwarciu może powodować turbulencje i przyspieszać zużycie uszczelnień.

Jaki rodzaj zaworu jest najbardziej uniwersalny?
W wielu typowych instalacjach przemysłowych bardzo uniwersalnym rozwiązaniem jest zawór kulowy. Łączy prostą konstrukcję, dobrą szczelność, szybkie przełączanie i stosunkowo niewielkie opory przepływu w wersji pełnoprzelotowej.