Nel settore del controllo dei fluidi industriali,valvole a farfallasvolgono un ruolo fondamentale nella regolazione, nella direzione e nell'isolamento del flusso di liquidi, gas e fanghi nelle condotte. Una valvola a farfalla flangiata è un tipo di collegamento, dotato di flange integrate su entrambe le estremità del corpo valvola, che consentono collegamenti bullonati sicuri alle flange delle tubazioni.
Il meccanismo di rotazione a un quarto di giro di unvalvola a farfalla flangiatala distingue dalle valvole lineari come le valvole a saracinesca o a globo, offrendo vantaggi in termini di velocità ed efficienza dello spazio.
Questo articolo approfondirà i dettagli delle valvole a farfalla flangiate, analizzandone progettazione, tipologie, materiali, applicazioni, vantaggi e svantaggi, installazione, manutenzione, confronti con altre valvole e tendenze future.
1. Definizione e principio di funzionamento
Una valvola a farfalla flangiata è una valvola con movimento rotatorio di 90 gradi caratterizzata da un disco che controlla il flusso del fluido attraverso la rotazione dello stelo. Il corpo valvola presenta flange su entrambe le estremità per collegamenti bullonati diretti alla tubazione. Le valvole a farfalla flangiate presentano flange rialzate o piatte con fori per bulloni, garantendo un collegamento più robusto e stabile, adatto ad applicazioni a bassa, media e alta pressione, nonché a diametri piccoli, medi e grandi.
Il principio di funzionamento è semplice ed efficace. Una valvola è composta da un corpo valvola, un disco valvola, uno stelo valvola, una sede valvola e un attuatore. Quando si aziona una leva o un ingranaggio, o quando lo stelo valvola viene ruotato da un attuatore automatico, il disco valvola ruota da una posizione parallela al percorso del flusso (completamente aperto) a una posizione perpendicolare (completamente chiuso). In posizione aperta, il disco valvola è allineato con l'asse della tubazione, riducendo al minimo la resistenza al flusso e la perdita di pressione. In posizione chiusa, il disco valvola sigilla contro la sede all'interno del corpo valvola.
Questo meccanismo consente un rapido azionamento della valvola, richiedendo in genere solo una rotazione di 90 gradi, rendendola più veloce rispetto alle valvole multigiro. Le valvole a farfalla flangiate possono gestire flussi bidirezionali e sono in genere dotate di sedi elastiche o metalliche per garantire una chiusura ermetica. Il loro design le rende particolarmente adatte a sistemi che richiedono frequenti commutazioni o in cui lo spazio è limitato.
2. Componenti
I componenti principali includono:
- Corpo valvola: L'alloggiamento esterno, in genere a doppia flangia, fornisce collegamenti strutturali e ospita i componenti interni. L'acciaio al carbonio è utilizzato per uso generale, l'acciaio inossidabile per la resistenza alla corrosione, il bronzo nichel-alluminio per ambienti marini e l'acciaio legato per condizioni estreme.
- Disco valvola:L'elemento rotante, disponibile in versione aerodinamica o piatta, controlla il flusso. Il disco può essere centrato o disassato per migliorare le prestazioni. Acciaio inossidabile, bronzo alluminio o rivestito in nylon per una maggiore resistenza all'usura.
- Stelo: L'albero che collega il disco della valvola all'attuatore trasmette la forza di rotazione. L'acciaio inossidabile o le leghe ad alta resistenza resistono alla coppia.
Di solito vengono utilizzati steli passanti o composti da due pezzi, dotati di guarnizioni per evitare perdite.
- Posto a sedere: La superficie di tenuta è realizzata in un materiale elastomerico come EPDM o PTFE. EPDM (-20°F a 250°F), BUNA-N (0°Da F a 200°F), Vitone (-10°F a 400°F), o PTFE (-100°Da F a 450°F) viene utilizzato per guarnizioni morbide; materiali metallici come acciaio inossidabile o Inconel vengono utilizzati per guarnizioni rigide ad alta temperatura.
- Attuatore: Azionato manualmente (manovella, ingranaggio) o motorizzato (pneumatico, elettrico).
- Guarnizioni e guarnizioni: Garantire la tenuta stagna tra i componenti e sui collegamenti delle flange.
Questi componenti lavorano insieme per garantire un controllo affidabile del flusso.
3. Tipi di valvole a farfalla flangiate
Le valvole a farfalla flangiate possono essere classificate come segue in base all'allineamento del disco, al metodo di azionamento e al tipo di corpo.
3.1 Allineamento
- Concentrica (offset zero): lo stelo della valvola si estende attraverso il centro del disco ed è dotato di una sede elastica. Questa valvola è adatta per applicazioni a bassa pressione con temperature fino a 250°F.
- Doppio offset: lo stelo della valvola è decentrato rispetto al disco, riducendo l'usura della sede. Questa valvola è adatta per applicazioni a media pressione e temperature fino a 400°F.
- Triplo offset: l'angolo di sede conico aumentato crea una tenuta metallo su metallo. Questa valvola è adatta per alte pressioni (fino alla classe 600) e alte temperature (fino a 1200°F) applicazioni e soddisfa i requisiti di perdita zero.
3.2 Metodo di attuazione
I tipi di attuazione includono manuale, pneumatico, elettrico e idraulico per soddisfare diverse esigenze operative.
4. Applicazioni industriali
Le valvole a farfalla flangiate trovano largo impiego nei seguenti settori:
- Trattamento delle acque e delle acque reflue: utilizzato per la regolazione del flusso negli impianti di trattamento e nei sistemi di deviazione. - Elaborazione chimica: la manipolazione di acidi, alcali e solventi richiede materiali resistenti alla corrosione.
- Petrolio e gas: tubazioni per petrolio greggio, gas naturale e processi di raffinazione.
- Sistemi HVAC: controllano il flusso di aria e acqua nelle reti di riscaldamento e raffreddamento.
- Produzione di energia: gestisce vapore, acqua di raffreddamento e carburante.
- Alimenti e bevande: progettazione igienica per la movimentazione asettica dei fluidi.
- Farmaceutico: Controllo preciso in ambienti sterili.
- Marina e cellulosa e carta: utilizzati per l'acqua di mare, la cellulosa e la lavorazione chimica.
5. Vantaggi e svantaggi delle valvole a farfalla flangiate
5.1 Vantaggi:
- Compatto e leggero, riduce i costi di installazione e gli ingombri.
- Rapido funzionamento a un quarto di giro e risposta rapida.
- Costi inferiori per diametri maggiori.
- Bassa perdita di pressione in posizione aperta, risparmio energetico ed efficienza.
- Adatto per la commutazione di fluidi con eccellenti prestazioni di tenuta.
- Facile da manutenere e compatibile con i sistemi di automazione.
5.2 Svantaggi:
- Il disco della valvola blocca il percorso del flusso quando è aperto, causando una certa perdita di pressione. - Capacità di strozzamento limitata nelle applicazioni ad alta pressione, con conseguente potenziale cavitazione.
- Le sedi delle valvole morbide si usurano più rapidamente in ambienti abrasivi.
- Una chiusura troppo rapida può causare colpi d'ariete.
- Alcuni progetti richiedono coppie iniziali più elevate, che a loro volta richiedono attuatori più potenti.
6. Come installare una valvola a farfalla
Durante l'installazione, allineare la flangia della valvola con la flangia del tubo, assicurandosi che i fori dei bulloni corrispondano.
Inserire una guarnizione per la tenuta.
Fissare con bulloni e dadi, serrandoli uniformemente per evitare deformazioni.
Le valvole a doppia flangia richiedono l'allineamento simultaneo di entrambi i lati; le valvole a lug possono essere imbullonate un lato alla volta.
Verificare la libertà di movimento del disco azionando la valvola prima di pressurizzarla.
In caso di installazione verticale, lo stelo della valvola deve essere posizionato orizzontalmente per evitare l'accumulo di sedimenti.
Seguire sempre le linee guida del produttore e gli standard di prova, come API 598.
7. Norme e regolamenti
Valvole a farfalla flangiatedevono rispettare gli standard di sicurezza e interoperabilità:
- Design: API 609, EN 593, ASME B16.34. - Test: API 598, EN 12266-1, ISO 5208.
- Flange: ASME B16.5, DIN, JIS.
- Certificazioni: CE, SIL3, API 607(sicurezza antincendio).
8. Confronto con altre valvole
Rispetto alle valvole a saracinesca, le valvole a farfalla flangiate funzionano più velocemente e offrono capacità di strozzamento, ma sono leggermente meno resistenti al flusso.
Rispetto alle valvole a sfera, sono più economiche per diametri maggiori, ma subiscono una maggiore perdita di pressione durante l'apertura.
Le valvole a globo offrono una regolazione più precisa, ma sono più grandi e costose.
Nel complesso, le valvole a farfalla sono ideali per applicazioni con vincoli di spazio e costi.