Van kiểm tra áp suất nứt thấp: Các loại, lựa chọn và ứng dụng

Van kiểm tra áp suất nứt thấp là gì?

Van một chiều mở ra khi áp suất ngược dòng vượt quá áp suất hạ lưu một giới hạn cụ thể - biên độ đó là áp suất nứt . Đối với hầu hết các van kiểm tra lò xo tiêu chuẩn, áp suất nứt rơi vào khoảng từ 3 đến 15 psi. Van kiểm tra áp suất nứt thấp được thiết kế để mở ở áp suất chênh lệch thấp hơn phạm vi đó - thường dưới 1 psi và trong một số thiết kế thấp tới 0,05 psi hoặc thậm chí một phần inch của cột nước.

Sự khác biệt này có ý nghĩa quan trọng khi áp suất truyền động trong hệ thống quá yếu để buộc mở van tiêu chuẩn. Trong các mạch khí nén dòng chảy thấp, đường dẫn chất lỏng được cấp bằng trọng lực, hệ thống đông lạnh và thiết bị đo nhạy cảm, một van cần 5 psi để nứt sẽ chỉ đóng lại - chặn chính dòng chảy mà nó phải đi qua. Đối với những điều kiện này, van một chiều có áp suất nứt thấp không phải là một lựa chọn cao cấp; đó là lựa chọn duy nhất hoạt động.

Để có cái nhìn rộng hơn về áp suất nứt diễn ra như thế nào trong điều kiện đường ống thực tế , bao gồm ảnh hưởng của độ nhớt chất lỏng và hướng lắp đặt, các nguyên tắc cơ bản được áp dụng trực tiếp vào các ứng dụng áp suất thấp.

Cách xác định áp suất nứt

Áp suất nứt không phải là một đánh giá tùy ý - nó xuất hiện từ sự cân bằng vật lý giữa lực giữ van đóng và áp suất ngược dòng đẩy nó mở. Bốn biến chi phối sự cân bằng đó:

• Tải trước mùa xuân: Trong các thiết kế có lò xo hỗ trợ, lò xo nhẹ hơn có nghĩa là áp suất nứt thấp hơn. Một van nhắm đến vết nứt dưới 1 psi thường sử dụng một lò xo cực kỳ mềm - đôi khi chỉ hơn một thanh dẫn hướng quay trở lại - hoặc hoàn toàn không có lò xo.
• Diện tích ghế van: Áp lực tác dụng lên diện tích. Đường kính mặt tựa nhỏ hơn đòi hỏi lực tuyệt đối ít hơn để mở vết nứt, đó là lý do tại sao các van một chiều nội tuyến thu nhỏ thường đạt được áp suất nứt thấp hơn so với các van có lỗ khoan lớn hơn ở cùng tải trọng lò xo.
• Trọng lượng phần tử bịt kín: Trong các thiết kế không có lò xo - van mỏ vịt, van kiểm tra bóng nổi tự do và lỗ thông hơi bảo tồn bằng pallet nhôm - chỉ riêng trọng lực đã giữ van đóng lại. Sau đó, áp suất nứt được xác định hoàn toàn bằng trọng lượng của phần tử đóng chia cho diện tích hiệu dụng của nó.
• Định hướng cài đặt: Một van được lắp thẳng đứng với dòng chảy hướng lên trên phải nâng bộ phận bịt kín của chính nó lên chống lại trọng lực ngoài lò xo. Cùng một van được gắn theo chiều ngang hoặc với dòng chảy đi xuống, có thể bị nứt ở mức chênh lệch áp suất thấp hơn đáng kể.

Hiểu cách mỗi biến tương tác là điều cần thiết trước khi chỉ định một van. Tham khảo ý kiến một hướng dẫn tính toán và lựa chọn áp lực nứt từng bước để xác minh rằng áp suất nứt định mức của van dự kiến sẽ đạt được trong điều kiện lắp đặt thực tế của bạn.

Các loại van có áp suất nứt thấp

Không phải tất cả các thiết kế van một chiều đều có khả năng đạt được áp suất nứt thấp như nhau. Bảng dưới đây tóm tắt phạm vi áp suất nứt điển hình và những cân nhắc chính cho các cấu hình phổ biến nhất:

Lựa chọn vật liệu cũng quan trọng như hình dạng van. Đối với môi trường ăn mòn - axit, chất ăn da hoặc nước clo - cần có van được lót bằng PTFE, bằng thép không gỉ hoặc bằng fluoropolymer. Đối với dịch vụ tiêu chuẩn về nước và không khí, sắt dẻo và nhựa kỹ thuật mang lại sự kết hợp hiệu quả về mặt chi phí giữa độ bền và khả năng phản ứng nứt thấp. Xem lại hướng dẫn chi tiết để các loại đĩa và vật liệu được sử dụng trong xây dựng van một chiều khi chất lỏng xử lý hoặc phạm vi nhiệt độ thu hẹp các lựa chọn của bạn.

Sự đánh đổi giữa áp suất nứt và áp suất hàn lại

Một hậu quả của áp suất nứt rất thấp thường bị đánh giá thấp: van có thể không tự đóng chặt lại khi dòng chảy dừng lại. Đây là lý do tại sao.

Van một chiều chịu lực bằng lò xo có áp suất nứt trên khoảng 3–5 psi mang đủ lực lò xo để đẩy bộ phận bịt kín trở lại vị trí vững chắc khi dòng chảy đảo chiều. Năng lượng lò xo chống lại dòng chảy về phía trước cũng chính là năng lượng thúc đẩy sự đóng cửa. Thả tải trước lò xo để đạt được độ nứt dưới 1 psi và năng lượng đóng đó sẽ biến mất cùng với nó. Van bây giờ phụ thuộc vào áp suất ngược từ hệ thống - không chỉ lò xo hồi lưu - để bịt kín bong bóng. Điều này có nghĩa là áp suất hàn kín thường cao hơn áp suất nứt trong thiết kế áp suất nứt thấp, đôi khi từ 2 đến 5.

Đối với các kỹ sư, ý nghĩa thực tế rất đơn giản: xác nhận rằng hệ thống của bạn sẽ tạo ra đủ áp suất dòng chảy ngược sau khi dừng dòng chảy hoặc chọn một thiết kế — chẳng hạn như cánh lật kép với mặt đệm đàn hồi mềm — đạt được khả năng đóng kín tích cực mà không yêu cầu áp suất ngược đáng kể. Các thiết kế không có lò xo như van mỏ vịt và van màng thường được ưa thích trong các mạch y tế và phòng thí nghiệm vì chúng đạt được cả áp suất nứt thấp và khả năng tự bịt kín đáng tin cậy thông qua hình học thay vì lực lò xo.

Nơi sử dụng van kiểm tra áp suất nứt thấp

Van kiểm tra áp suất nứt thấp xuất hiện ở bất cứ nơi nào áp suất hệ thống sẵn có để dẫn động dòng chảy bị hạn chế hoặc ở nơi mà ngay cả sự sụt giảm áp suất khiêm tốn trên van cũng sẽ làm giảm hiệu suất hệ thống. Các ví dụ rõ ràng nhất rơi vào năm loại lớn:

• Dịch vụ HVAC và xây dựng: Mạch cân bằng trong hệ thống sưởi ấm và nước lạnh hoạt động ở áp suất chênh lệch được đo bằng feet nước chứ không phải psi. Một vết nứt van ở mức 2 psi sẽ tăng thêm lực cản không thể chấp nhận được. Van kiểm tra kiểu đĩa cao su và đĩa cao su áp suất thấp là lựa chọn tiêu chuẩn cho các mạch này.
• Xử lý nước và nước thải: Bơm định lượng hóa chất cung cấp thuốc thử ở đầu xả thấp. Van kiểm tra trên bút tiêm phải mở đáng tin cậy ở mức chênh lệch áp suất của máy bơm - thường dưới 1 psi - đồng thời ngăn ngừa hiện tượng hút ngược khi máy bơm dừng.
• Hệ thống chữa cháy và phun nước: Van báo động đường ống ướt và van kiểm tra vùng phải đáp ứng với sự chênh lệch áp suất rất nhỏ được kích hoạt bởi một đầu phun nước mở. Van áp suất chậm hoặc áp suất cao làm trì hoãn việc kích hoạt.
• Thiết bị đo và điều khiển khí nén: Đường dây thanh lọc không khí và nitơ của thiết bị áp suất thấp - hoạt động ở áp suất đo cột nước vài inch - yêu cầu các van có lực cản không đáng kể theo hướng thuận và cách ly đáng tin cậy chống ô nhiễm ngược.
• Thiết bị y tế và thiết bị thí nghiệm: Bơm nhu động, hệ thống truyền dịch và thiết bị lấy mẫu khí tạo ra áp suất chênh lệch nhỏ. Van một chiều mỏ vịt và màng ngăn có áp suất nứt được đo bằng milibar là tiêu chuẩn trong các ứng dụng này.

Đối với đường ống xử lý trong các nhà máy công nghiệp có lưu lượng từ trung bình đến cao, van một chiều sắt dẻo cho hệ thống đường ống công nghiệp mang lại độ bền và mức áp suất mà các môi trường đòi hỏi khắt khe, đồng thời vẫn cung cấp các thiết kế đĩa cao su với áp suất nứt thích hợp cho hầu hết các ứng dụng dịch vụ xây dựng.

Cách chọn van phù hợp cho hệ thống của bạn

Lựa chọn van đúng có nghĩa là thực hiện theo thứ tự các tham số sau — không bắt đầu với giá cả hoặc tình trạng sẵn có:

1. Xác định chênh lệch áp suất truyền động tối thiểu. Đây là sự khác biệt nhỏ nhất mà hệ thống của bạn sẽ tạo ra trên vị trí van. Áp lực bẻ khóa mục tiêu của bạn phải ở dưới giá trị này - có biên. Nếu chênh lệch tối thiểu là 0,5 psi thì van được đánh giá ở mức độ nứt 0,3 psi sẽ không tự động an toàn; xác nhận rằng áp suất nứt được chỉ định theo hướng lắp đặt và điều kiện chất lỏng của bạn.
2. Xác định lưu lượng yêu cầu. Áp suất nứt thấp và Cv (hệ số dòng chảy) cao không phải lúc nào cũng đi đôi với nhau. Các thiết kế flapper thường cung cấp Cv cao hơn các thiết kế poppet có cùng kích thước danh nghĩa. Xác nhận rằng van có thể vượt qua tốc độ dòng chảy cao nhất trong giới hạn giảm áp suất chấp nhận được khi mở hoàn toàn.
3. Chỉ định chất lỏng và điều kiện dịch vụ. Nhiệt độ, hóa học chất lỏng, hàm lượng hạt và mức độ sạch cần thiết đều hạn chế việc lựa chọn vật liệu. Thiết kế bằng thép không gỉ và mặt ngồi bằng PTFE xử lý các ứng dụng ăn mòn và có độ tinh khiết cao. Đối với dịch vụ cấp nước tiêu chuẩn, sự kết hợp giữa đĩa sắt dẻo và cao su NBR rất bền và tiết kiệm. A van kiểm tra đĩa cao su thép không gỉ cầu cả hai yêu cầu đều cần khả năng chống ăn mòn nhẹ và áp suất nứt thấp.
4. Xác nhận các yêu cầu về lớp niêm phong và rò rỉ. Nếu bắt buộc phải có rò rỉ ngược bằng 0, hãy chọn một thiết kế có hình dạng chỗ ngồi dương và xác minh áp suất bịt kín so với áp suất dòng chảy ngược dự kiến ​​của hệ thống của bạn. Việc ngắt kín bong bóng dưới áp suất ngược thấp yêu cầu tải trước lò xo cao hơn (làm tăng áp suất nứt) hoặc cơ cấu bịt kín theo hướng hình học chẳng hạn như mỏ vịt đàn hồi.
5. Kiểm tra các tiêu chuẩn áp dụng. Van một chiều công nghiệp dành cho đường ống áp lực được kiểm tra và chứng nhận theo các tiêu chuẩn xác định tính toàn vẹn của vỏ, khả năng chấp nhận rò rỉ mặt tựa và hiệu suất đóng kín, bao gồm yêu cầu kiểm tra và kiểm tra van theo API 598 . Xác nhận rằng van đã chọn của bạn có chứng nhận theo yêu cầu của đặc điểm kỹ thuật dự án hoặc mã địa phương của bạn.
6. Tài khoản cho vòng đời và bảo trì. Van áp suất nứt thấp với lò xo rất nhẹ hoặc các bộ phận đàn hồi mỏng nhạy cảm hơn với sự bám bẩn dạng hạt và suy thoái hóa học so với van một chiều công nghiệp nặng. Yếu tố về khoảng thời gian vệ sinh, tính sẵn có của phụ tùng thay thế và chi phí thay thế ngoài kế hoạch khi đưa ra lựa chọn cuối cùng.

Thực hiện sáu bước này trước khi hoàn thiện thông số kỹ thuật sẽ loại bỏ hầu hết các lỗi sử dụng sai - và tránh được sự cố đắt tiền hơn nhiều là van bị nứt quá muộn, bịt kín quá lỏng hoặc hỏng sớm khi sử dụng.