W przypadku braku informacji o  nr fabrycznym zaworu lub gdy zawór został wyprodukowany  przed  rokiem 2004 należy podać informacje zawarte w poniższych punktach:

• Typ zaworu, średnicę DN i ciśnienie nominalne PN
• Dla grzybów należy podać Kvs ,rodzaj charakterystyki, materiał
• Dla gniazd należy podać Kvs, materiał
• Dla trzpieni należy podać Kvs, rodzaj dławnicy, typ siłownika, materiał
• Dla uszczelnień należy podać czynnik i temperaturę.

Wszystkie wymiary produkowanych przez nas zaworów podane są w kartach katalogowych zamieszczonych na stronie internetowej w dziale OFERTA. W niektórych przypadkach istnieje możliwość zaoferowania zaworów o innych wymiarach po wcześniejszym uzgodnieniu z producentem.

Istnieje możliwość zaoferowania zaworów praktycznie z każdym osprzętem. W przypadku nietypowego osprzętu istnieje możliwość zaoferowania po wcześniejszym  uzgodnieniu i określeniu dostępności na rynku polskim.

W celu doboru zaworu regulacyjnego należy podać następujące dane:

• ciśnienie przed zaworem p1,
• ciśnienie za zaworem p2,
• przepływ,
• czynnik,
• temperatura czynnika (najlepiej w 3 punktach pracy).

Dodatkowe dane, które ułatwią złożenie oferty: 

• rodzaj siłownika,
• typ przyłącza zaworu,
• średnica rurociągu,
• wymagany osprzęt,
• temperatura otoczenia.

Zachęcamy do skorzystania z formularza zapytania ofertowego na zawory regulacyjne.

W układach automatyki przemysłowej duże znaczenie mają urządzenia służące do zmiany natężenia przepływu medium z zachowaniem wymaganej charakterystyki regulacji.

Zasadniczymi członami tych urządzeń są nastawniki mające na celu zmianę oporu dla przepływającego czynnika oraz napędy (siłowniki) służące do dostarczenia energii mechanicznej niezbędnej do przestawienia nastawników.

Z tej grupy urządzeń w programie produkcyjnym Zakładów Automatyki POLNA S.A. znajdują się następujące wyroby:

• zawory regulacyjne przelotowe i kątowe,
• zawory regulacyjne trójdrogowe,
• przepustnice regulacyjne.
• Ze względu na rodzaj napędu nastawniki te produkowane są w następujących wykonaniach:
• z siłownikami pneumatycznymi membranowymi sprężynowymi,
• z siłownikami elektrycznymi i elektrohydraulicznymi,
• z siłownikami pneumatycznymi tłokowymi,
• z napędami ręcznymi,
• bez napędów.

Ze względu na to, że zawory stanowią największą grupę nastawników, pojęcia „zawory” często używa się w tekście często zamiast szerszego pojęcia - "nastawniki".

Przy doborze zaworów do określonych warunków pracy należy dokonać analizy następujących zagadnień:

• odmiana konstrukcyjna zaworu,
• wykonanie materiałowe,
• ciśnienie nominalne,
• współczynnik przepływu,
• charakterystyka przepływu,
• szczelność wewnętrzna,
• rodzaj dławnicy i uszczelnienia,
• rodzaj przyłączy korpusu,
• utwardzanie części wewnętrznych zaworu,
• dobór napędu,
• zjawiska szkodliwe w pracy zaworów.

Przepływ czynnika przez zawór w zależności od rodzaju i parametrów medium może powodować zjawiska oddziałujące negatywnie na środowisko jak również wpływające destrukcyjnie na trwałość wyrobu.

Czynniki ryzyka powinny być szczegółowo zdiagnozowane w celu wykorzystania do działań zmierzających do ograniczenia lub wyeliminowania ich negatywnego wpływu.

Do zjawisk szkodliwych związanych z przepływem należy zaliczyć następujące czynniki:

• hałas,
• kawitacja,
• odparowanie (flashing),
• przepływ dławiony.

Warunki w których powstają wymienione zjawiska wyjaśniają następujące wykresy:

gdzie:
p1 - ciśnienie przed zaworem,
p2 - ciśnienie za zaworem,
pvc - ciśnienie w strefie „vena contracta”,
pv - ciśnienie parowania.

Hałas jest zjawiskiem nieodłącznie związanym z przepływem czynnika przez zawór.

Negatywny wpływ hałasu wynika z jego szkodliwego oddziaływania na zdrowie oraz środowisko pracy człowieka.b Hałas jest również odzwierciedleniem procesów zachodzących wewnątrz zaworu, z reguły obniżających trwałośćb urządzenia, do awaryjnego uszkodzenia włącznie.

Poziom dźwięku mierzymy w jednostkach [dBA], w odległości 1 m od powierzchni rurociągu i osi zaworu w kierunku wylotu czynnika.

Najbardziej czułe jest ucho ludzkie na dźwięk o częstotliwości 3000÷4000 Hz. Dopuszczalny poziom hałasu w miejscu pracy zależy od czasu narażenia. Dla pracy ciągłej przyjmuje się poziom 85 dBA, przy krótkich narażeniach, np. 15 minut na dobę – do 115 dBA. Różnica poziomu dźwięku o 3 dBA oznacza podwojenie głośności. I tak np. dwa urządzenia generujące hałas o poziomie 82 dBA są równorzędne ze źródłem o poziomie 85 dBA. Poziom dźwięku zmniejsza się o 3 dBA przy każdym podwojeniu odległości od rurociągu.

Hałas w pracy zaworów może mieć następujące źródła:

• hałas mechaniczny,
• hałas aerodynamiczny,
• hałas hydrodynamiczny.

Przyczyną hałasu mechanicznego mogą być drgania mechaniczne elementów wewnętrznych zaworu, zjawisko rezonansu, złe prowadzenie części ruchowych, nadmierne luzy.

Jednym ze sposobów eliminacji tego zjawiska jest zastosowanie konstrukcji klatkowych i dobór odpowiednich luzów uwzględniających warunki pracy zaworu.

Na Rys.1 pokazany jest zawór do pracy w temperaturze do 500 °C, z możliwością wystąpienia szoków termicznych. Grzyb prowadzony jest w gnieździe i klatce. Na zwiększenie luzów między grzybem a klatką, bez niebezpieczeństwa wystąpienia drgań i utraty szczelności, pozwala zastosowanie stalowego pierścienia sprężystego. Możliwość wystąpienia drgań mechanicznych można również ograniczać przez zmianę masy grzyba i kierunku przepływu czynnika.

Hałas aerodynamiczny powstaje wskutek zamiany energii mechanicznej przepływu czynników ściśliwych na energię akustyczną. Źródłem hałasu jest wzrost prędkości przepływu spowodowany rozprężaniem medium, często przekraczający prędkość dźwięku. Zmniejszenie poziomu hałasu można uzyskać przez odpowiednią instalację (izolacja na rurociągu wylotowym, zwiększenie grubości ścianki rurociągu), względnie przez dobór właściwej konstrukcji zaworu. Najważniejszym i najbardziej skutecznym sposobem jest zastosowanie wielootworowych struktur regulacyjnych w zaworze w postaci perforowanych grzybów (Rys.2) lub klatek (Rys.3).

Rozbicie pojedynczej strugi na dużą liczbę małych, właściwie dobranych strumieni, wpływa na obniżenie poziomu hałasu nawet o 10 dBA w wyniku następujących zjawisk:

• zmniejszenie sprawności zmiany energii mechanicznej na akustyczną,
• mniejsze zawirowania powodują wytwarzanie energii o wyższej częstotliwości, łatwiejszej do wytłumienia przez ścianki i izolację,
• dźwięki o wyższej częstotliwości ( >10000 Hz ) są mniej szkodliwe dla ludzkiego ucha.

Kolejnym sposobem zmniejszenia hałasu aerodynamicznego (o ok. 5 dBA) jest ograniczenie prędkości wypływu czynnika na wylocie. Najpowszechniejszą metodą prowadzącą do tego celu jest zwiększenie ciśnienia na wylocie przez stosowanie struktur dławiących w postaci wielootworowych klatek i płyt oraz zwiększenie pola przepływu przez stosowanie przyłączy redukcyjnych (dyfuzorów). Często w przypadkach dużego poziomu hałasu, występuje potrzeba zastosowania wszystkich tych elementów równocześnie (Rys.4).

Hałas hydrodynamiczny jest związany z przepływem cieczy, a jego źródłem jest:

• hałas oddziaływania przepływu burzliwego na wewnętrzne ścianki zaworu i rurociągu,
• hałas kawitacyjny,
• hałas odparowania (flashing).

Kawitacja polega na miejscowym, najczęściej powstającym w strefie vena contracta, odparowaniu cieczy w wyniku spadku ciśnienia poniżej ciśnienia parowania pv. Następnie w wyniku wzrostu ciśnienia na wylocie zaworu do wartości p2 > pv następuje implozja utworzonych pęcherzy pary. Zjawisko to oprócz hałasucharakteryzuje się nagłymi przyśpieszeniami i uderzeniami mieszaniny dwufazowej (ciecz-para) i uszkodzeniami (Rys. 5) powierzchni zaworu lub rurociągu. Jeżeli ciśnienie na wylocie pozostaje niższe od ciśnienia parowania (p2 < pv) ciecz zostaje trwale zamieniona w mieszaninę cieczy i pary o udziale pary zależnym od warunków ciśnienia i temperatury.

Zjawisko to nazywamy odparowaniem (flashing). Następuje gwałtowny wzrost objętości i prędkości przepływu. Struga mieszaniny działa erozyjnie na wewnętrzne powierzchnie zaworu (Rys. 6) i rurociągu, jest również źródłem hałasu. Najbardziej szkodliwe jest zjawisko kawitacji. Jej wpływ można zmniejszyć z jednej strony przez stosowanie odpowiednich materiałów i technik utwardzania powierzchni, z drugiej zaś przez stosowanie konstrukcyjnych metod eliminacji kawiacji lub jej kontrolowania.

Sprawdzoną metodą jest zwiększanie wytrzymałości grzybów i gniazd przez stellitowanie faz lub całego zarysu, azotowanie dyfuzyjne lub plazmowe pozwalające na uzyskanie powierzchni o twardości 950 HV i głębokości ok. 0,1mm lub utwardzanie cieplne na wskroś do twardości 55 HRC. Podstawowym rozwiązaniem konstrukcyjnym zaworów antykawitacyjnych są wykonania z grzybem wielostopniowym (Rys. 7). Ich istotą jest uzyskanie na poszczególnych stopniach spadków ciśnienia poniżej wartości krytycznej. Problemem jest uzyskanie
skutecznego dławienia na poszczególnych stopniach na początku otwarcia zaworu. W tych przypadkach stosujemy wielostopniowe grzyby o kształcie profilowym i perforowanym o dławieniu czynnym zależnym od otwarcia zaworu oraz struktury bierne w postaci klatek i płyt wielootworowych (Rys. 8).

Flashing jest zjawiskiem, którego występowanie zależy jedynie od parametrów przepływu i nie da się go wyeliminować metodami konstrukcyjnymi. Natomiast można i należy minimalizować jego niszczące działanie. W ofercie POLNEJ oprócz omówionych metod zwiększania wytrzymałości elementów zaworu zalecamy stosowanie powłok utwardzających na wewnętrznych powierzchniach korpusu oraz stosowanie zaworów z grzybem obrotowym i tuleją antyerozyjną (Rys. 9); zaworów kątowych (Rys. 10); zaworów z klatką ochronną (Rys. 11).

Wszystkie zaprezentowane formy walki ze zjawiskami szkodliwymi związane z przepływem w zaworach regulacyjnych Zakładów Automatyki „POLNA” SA w Przemyślu są dostosowane pod indywidualne potrzeby klienta. W oparciu o szczegółowe dane dokonujemy analizy zjawisk występujących w procesie przepływu za pomocą specjalistycznych programów komputerowych DiVent i CONVAL®, opracowujemy konstrukcję zaworu spełniającą w jak najszerszym stopniu wymagania, jak również rozwiązujemy problemy często przez klienta nie uświadamiane. Program CONVAL® dysponuje opracowaną przez nas wersją polskojęzyczną oraz zawiera dane o zaworach produkcji POLNEJ.

Zawory i przepustnice mogą być wyposażone w siłownik pneumatyczny membranowy-sprężynowy, siłownik pneumatyczny tłokowy, siłownik elektryczny,  elektrohydrauliczny, napęd ręczny lub dostarczane są bez napędu.

Urządzenia bez napędu mogą być wykorzystywane przez odbiorcę do współpracy z innymi rodzajami siłowników, jak pneumatyczny membranowy - bezsprężynowy,  pneumatyczny tłokowy, korbowy i inne pod warunkiem przystosowania tych napędów do połączenia z dławnicą i trzpieniem zaworu.

Urządzenia z napędem ręcznym stosowane są głównie w przypadkach regulacji dwupołożeniowej.

Przy doborze siłownika pneumatycznego membranowego-sprężynowego należy określić:

• typ siłownika,
• wielkość siłownika,
• zakres sprężyn,
• ciśnienie zasilania,
• skok,
• wymagania w zakresie osprzętu.

Dobór typu siłownika pneumatycznego (o działaniu prostym czy odwrotnym) zależy od sposobu działania urządzenia przy zaniku sygnału sterującego. To, czy zawór powinien być otwarty, czy zamknięty w przypadku zaniku sygnału sterującego uwarunkowane jest z kolei wymaganiami technologicznymi automatyzowanego obiektu.

Wielkość siłownika, zakres sprężyn i ciśnienie zasilania powinny być dobrane z tabel w kartach katalogowych w zależności od wymaganej siły dyspozycyjnej siłownika. Siła dyspozycyjna siłownika nie powinna być niższa od siły Fs obliczonej ze wzoru:

gdzie:
Fs [kN] - siła dyspozycyjna
Dp [bar] - spadek ciśnienia na zaworze zamkniętym
D [mm] - średnica gniazda
Fd [kN] - siła doszczelniająca

Wartości D i Fd należy przyjmować z kart katalogowych, zaś Dp - z zamówienia. Siła dyspozycyjna siłowników typ „P” - FSP
[kN] zależy od powierzchni czynnej siłownika A [cm2], ciśnienia zasilania pZ [kPa] i zakresu końcowego sprężyn p2 [kPa].

Siła dyspozycyjna siłowników typ „R” - FSR [kN] zależy od powierzchni czynnej siłownika A [cm2] i zakresu początkowego sprężyn p [kPa].

Tak wyliczone siły dyspozycyjne FSP i FSR nie uwzględniają sił tarcia elementów ruchowych - trzpienia siłownika i zaworu oraz tolerancji wykonania sprężyn i powinny byc przyjmowane z 20% rezerwą na te czynniki. 

Obliczenia dotyczą zaworów jednogniazdowych typ Z; Z1A i Z1B w stanie zamknietym.

W kartach katalogowych podane są dopuszczalne spadki ciśnienia dla różnych siłowników pneumatycznych i różnych klas szczelności wewnętrznej zaworu.

Wartości te dotyczą zaworów jednogniazdowych, nieodciążonych, z napływem czynnika pod grzyb (FTO).

Przy napływie nad grzyb (FTC) dopuszczalny spadek ciśnienia może być większy, jednak układ ten powoduje uderzenie grzyba o gniazdo przy zamykaniu i zakłócenia regulacji, stąd stosowany jest głównie do pracy dwupołożeniowej przy siłowniku ze sprężynami o zwiększonej sztywności.

Dla zaworów z grzybem odciążonym przyjmuje się siłę dyspozycyjną napędu Fs co najmniej równą wartości siły docisku dla V klasy nieszczelności zamknięcia.

Dla zaworów dwugniazdowych nie jest możliwe tabelaryczne określenie dopuszczalnych spadków ciśnień ze względu na występowanie sił dynamicznych zależnych m.in. od rzeczywistych warunków przepływu (ciśnienie, rodzaj medium, typ grzyba, rodzaj działania zaworu).

W przypadku, gdy niezbędna jest znajomość sił działających na trzpień zaworów dwugniazdowych należy kontaktować się z producentem podając wszystkie dane związane z warunkami pracy zaworu.

W skład wyposażenia siłownika pneumatycznego mogą wchodzić następujące urządzenia: 

• napęd ręczny górny lub boczny,
• ustawnik pozycyjny (pozycjoner) pneumatyczny, elektropneumatyczny, z sygnałem analogowym lub cyfrowym (ustawnik inteligentny),
• reduktor ciśnienia z filtrem,
• trójdrogowy zawór elektromagnetyczny,
• nadajnik położenia,
• wyłączniki krańcowe,
• blok odcinający (lock-up valve),
• urządzenie wspomagające (volume booster),
• zawór szybkiego spustu.

Napędy ręczne stosowane są w przypadku zaniku sygnału sterującego, jak również do ograniczania skoku zaworu.

Stosowanie ustawników pozycyjnych zaleca się w następujących przypadkach:

• w układach o wymaganej dużej dokładności regulacji,
• przy dużych spadkach ciśnienia na zaworze,
• przy wysokich ciśnieniach roboczych,
• przy zaworach o wymiarze nominalnym DN>100 mm,
• przy odległościach między zaworem, a regulatorem większych od niż 50 m,
• przy zaworach trójdrogowych,
• w układzie gdzie wymagana jest duża szybkość działania,
• przy mediach lepkich lub silnie zanieczyszczonych osadzających się na gnieździe,
• przy mediach o temperaturze wyższej niż 250° C lub niższej niż -20° C,
• gdy zakres sprężyny nie odpowiada zakresowi sygnału wyjściowego z regulatora.        

Przeznaczenie osprzętu:

• reduktor ciśnienia z filtrem służy do ograniczania ciśnienia zasilania do wartości zgodnej z wymaganiami oraz oczyszczania powietrza zasilającego .
• zawór elektromagnetyczny pozwala na zdalne włączanie i wyłączanie obwodu sterowania.
• nadajnik położenia służy do odwzorowania przemieszczenia trzpienia na zunifikowany sygnał pneumatyczny (np. 20...100 kPa) lub elektryczny (np. 4...20 mA).
• wyłączniki krańcowe służą do sygnalizacji nastawionych położeń trzpienia siłownika.
• blok odcinający służy do blokowania ruchu trzpienia w zastanym położeniu przy zaniku sygnału sterującego.
• urządzenie wspomagające stosowane jest do przyśpieszania czasu przesterowania siłownika.
• zawór szybkiego spustu pozwala na skrócenie czasu opróżniania komory siłownika.

W standardowym wykonaniu części wewnętrzne zaworu:  grzyby, gniazda, trzpienie, klatki , tulejki prowadzące wykonane są z wysokostopowej stali austenitycznej X6CrNiMoTi 17-12-2 (1.4571) wg PN-EN 10088-1.

W celu zwiększenia mechanicznej i chemicznej odporności na oddziaływanie medium stosuje się następujące metody utwardzania części wewnętrznych: stellitowanie, azotowanie, obróbkę cieplną, powłoki ochronne.

Przez stellitowanie utwardza się powierzchnie na głębokość ok. 1 mm, do twardości ok. 40 HRC. Stellitowaniu mogą podlegać fazy uszczelniające grzyba i gniazda lub dodatkowo powierzchnie zarysu grzyba, otwory gniazd i tulejek prowadzących, powierzchnie trące trzpienia.

Grzyby o średnicy mniejszej niż 10mm mogą być wykonywane z pełnego stellitu.

Azotowanie (CrN) polega na utwardzeniu powierzchniowym części na głębokość ok. 0,1 mm, do twardości ok. 900 HV w wyniku procesów plazmowych lub dyfuzyjnych. Zalecane jest do stosowania dla powierzchni trących oraz narażonych na erozję.

Obróbkę cieplną stosuje się do uzyskania wysokiej wytrzymałości i odporności na zużycie. W zależności od rodzaju materiału można uzyskać twardość do 45 HRC (1.4057) lub 55 HRC (1.4125). Kompozytowe powłoki ochronne (BELZONA) stosuje się na powierzchniach wewnętrznych korpusu w celu ochrony przed erozją (flashing, media ścierne itp.) - maksymalna temperatura stosowania to +200°C.

Utwardzanie części wewnętrznych zaworu zalecane jest w następujących przypadkach:

• media erozyjne,
• mokry gaz lub para nasycona,
• suchy, czysty gaz: (Dp> 25 bar (do DN100), Dp> 12 bar (DN>100)),
• przepływ dławiony,
• początkowa kawitacja: (ciecz Dp> 10 bar, temp. > 315°C).

Przeciwwskazania w zakresie stellitowania:

• woda kotłowa uzdatniana hydrazyną,
• elementy perforowane.

Przyłącza korpusu służą do połączenia zaworu z rurociągiem i powinny zapewnić szczelność, wytrzymałość na ciśnienie, odporność na drgania i odkształcenia rurociągu.

Zawory wykonywane są z następującymi przyłączami:

• kołnierzowe,
• bezkołnierzowe,
• do spawania.

Przyłącza kołnierzowe wykonywane są według norm europejskich (PN-EN 1092-1, PN-EN 1092-2, PN-EN 1759-1, DIN 2548, DIN 2549, DIN 2550, DIN 2551, PN-ISO 7005-1, PN-H-74306,  PN-H-74307) i amerykańskich (ANSI/ASME B16.5).

Ze względu na rodzaj powierzchni uszczelniającej kołnierze mogą być wykonywane: 

• z przylgą typ B1, B2, B, RF
• z rowkiem typ D, D1, GF, DL
• z wpustem typ F, F1, FF
• z rowkiem do pierścieni typ J, RTJ

Zawory z grzybem obrotowym i przepustnice mają przyłącza bezkołnierzowe typu Sandwich. Mocowanie korpusu następuje między przeciwkołnierzami rurociągu za pomocą połączeń śrubowych.

Zawory z przyłączami do spawania przystosowane są do spawania doczołowego typ BW lub spawania kielichowego typ SW.

Podane w kartach katalogowych wymiary rur i długości korpusu dotyczą wykonania przyłączy z odlewu korpusu. Ograniczenie stosowania mniejszych wymiarów rur wynika z minimalnej średnicy wewnętrznej rury możliwej do uzyskania z odlewu (D1 min). W tym przypadku do końcówki korpusu należy przyspawać króciec redukcyjny. Spowoduje to zwiększenie długości budowy zaworu o 100 mm (DN15...50), 150 mm (DN80, 100), 200 mm (DN150) i 300 mm (DN200, 250) - w przypadku króćców z obu stron zaworu.

Dławnica jest elementem ciśnieniowym służącym do pomieszczenia i uszczelnienia elementu (trzpień, wał) przekazującego ruch z napędu na organ zamykający. Dławnica może być integralną częścią korpusu lub być oddzielona od niego.

Zawory regulacyjne wykonywane są z następującymi rodzajami dławnic:

• standardowa
• wydłużona
• mieszkowa

Podstawowym kryterium doboru dławnic jest temperatura czynnika. Dławnice wydłużone stosowane są zarówno do wysokich jak i do niskich temperatur. Odmianą dławnic wydłużonych są dławnice dla kriogeniki (temperatury do - 196°C).

Dławnice mieszkowe zapewniają całkowitą szczelność zewnętrzną i stosowane są głównie do mediów agresywnych lub niebezpiecznych dla otoczenia.

Standardowe dławnice mieszkowe mogą być stosowane do ciśnienia 35 bar. Zastosowanie do wyższych ciśnień wymaga użycia mieszków wielowarstwowych. Zawory w wykonaniu materiałowym żeliwnym wykonywane są tylko z dławnicą standardową.

Zawory regulacyjne DN150…250, PN160…CL2500 mogą być wykonywane z dławnicami samouszczelniającymi. 

Rodzaj uszczelnienia trzpienia w dławnicy zależy od temperatury i rodzaju medium. Dla większości przypadków stosowane jest uszczelnienie z pierścieni PTFE z grafitem.

Uszczelnienie z czystego grafitu zalecane jest dla pary i pracy w wysokich temperaturach. Uszczelnienia te nie wymagają smarowania, wymagają natomiast regulacji w czasie eksploatacji w wyniku relaksacji i zużycia.

Do uszczelnień bezobsługowych należą  uszczelnienia typu PTFE-V i TA Luft. Uszczelnienia PTFE-V wykonane są z pierścieni  w kształcie „V” z materiału PTFE, z dociskiem za pomocą sprężyny spiralnej. Uszczelnienie TA Luft stanowi podwójny zestaw pierścieni uszczelniających  obciążony pakietem sprężyn talerzowych i w zakresie szczelności spełnia wymagania przepisów TA Luft: 2002, p. 5.2.6.4 oraz
VDI 2440: 2000.

Sprawdzenie szczelności wewnętrznej przeprowadza się w ramach badań odbiorczych wyrobu powietrzem o ciśnieniu 3...4 [bar] dla zaworów w klasach II, IV, VI oraz wodą o ciśnieniu roboczym wynikającym z zamówienia, dla zaworów w klasie V.

Zawory w klasie VI mają gniazda (zawory jednogniazdowe) lub grzyby (zawory dwugniazdowe) wyposażone w pierścień uszczelniający wykonany z PTFE wzmocnionego włóknem szklanym.

Ze względu na wytrzymałość tworzywa uszczelniającego spadek ciśnienia na zaworze nie może przekroczyć 35 bar. Zawory w klasie V wymagają dokładnego i pracochłonnego dopasowywania elementów zamykających zaworu oraz większej siły dyspozycyjnej napędu.

Drugim kryterium odbioru jest norma PN-EN 12266-1 „Armatura przemysłowa. Badania armatury cz. 1. Próby ciśnieniowe, procedury badawcze i kryteria odbioru. Wymagania obowiązkowe.”

Czynnikami prób mogą być:

• Powietrze (dla ciśnienia 6 bar),
• Woda (dla ciśnień 1,1 * delta p max.)

gdzie: delta pmax. [bar] - maksymalny roboczy spadek ciśnienia
D [mm] - średnica gniazda

Charakterystyka przepływu zaworu jest to zależność między wartością przepływu, a skokiem elementu zamykającego. W zależności od spadku ciśnienia na zaworze rozróżniamy charakterystykę wewnętrzną i charakterystykę roboczą.

Charakterystyka wewnętrzna określa zależność względnego współczynnika przepływu "kv" od względnego skoku "h" przy stałym spadku ciśnienia na zaworze, gdzie:

Charakte rystyka robocza określa zmianę przepływu w funkcji skoku przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze w warunkach instalacyjnych.

Zawory posiadają następujące charakterystyki przepływu:

• liniowa - „L”
• stałoprocentowa - „P”
• modyfikowana - „M”
• szybkootwierająca - „S”

Charakterystykę zaworu uzyskuje się przez odpowiednie zaprojektowanie wielkości powierzchni przepływu czynnika między elementami dławiącymi zaworu w zależności od skoku. Funkcję tę realizuje się za pomocą grzybów profilowych lub elementów wielootworowych (grzyby perforowane, klatki regulacyjne):

• charakterystyka liniowa: równym przyrostom względnego skoku „h” odpowiadają równe przyrosty względnego współczynnika przepływu „kv”.

gdzie: kv0 - minimalny regulowalny względny współczynnik przepływu

m - nachylenie charakterystyki

Dla zaworów POLNEJ: kv0 = 0,02; m = 1

• charakterystyka stałoprocentowa: równym przyrostom względnego skoku "h" odpowiadają równe przyrosty procentowe względnego współczynnika przepływu "kv"

gdzie: n - nachylenie charakterystyki wykreślonej we współrzędnych półlogarytmicznych (h, lg kv).

• charakterystyka modyfikowana: Jest charakterystyką pośrednią między „L” i „P” tworzoną pod indywidualne potrzeby konkretnej instalacji. Najczęściej ma ona charakter stałoprocentowy na początku skoku (h=0...0,3)i liniowy na pozostałej części skoku.

• charakterystyka szybkootwierająca: Używana do pracy dwupołożeniowej „otwórz – zamknij”. Zapewnia uzyskanie nominalnego przepływu przy mniejszym skoku (h=0,6…0,7) oraz zwiększenie współczynników przepływu o ok. 20 % w stosunku do wartości katalogowej przy pełnym skoku.

Wybór między zaworem o charakterystyce stałoprocentowej, a liniowej zależy od wymaganych zmian natężenia przepływu i ciśnienia na zaworze.
Przy małych zmianach natężenia przepływu w trakcie pracy zaworu w granicach do 50% wybór charakterystyki nie ma istotnego wpływu na pracę układu regulacji. Zawory do pracy przy dużych zmianach natężenia przepływu, o zmiennym spadku ciśnienia oraz w przypadkach wątpliwych powinny mieć charakterystykę stałoprocentową.

Zawory o charakterystyce liniowej zalecane są do układów, w których spadek ciśnienia na zaworze jest niezależny od natężenia przepływu np. do regulacji poziomu cieczy.

Grzyby z charakterystyką szybkootwierającą przeznaczone są wyłącznie do pracy dwupołożeniowej.

Ograniczenia w stosowaniu elementów wielootworowych wynikają z ich podatności na zanieczyszczenia znajdujące się w mediach stąd potrzeba starannego ich filtrowania.

Zawory trójdrogowe i zawory z grzybem obrotowym posiadają charakterystykę liniową zaś przepustnice
regulacyjne charakterystykę zbliżoną do stałoprocentowej w zakresie kątów otwarcia 0° ...60° (rys.2).

Współczynnik przepływu Kv jest to strumień objętości w [m/h] wody o temperaturze od 5°C do 40°C płynącej przez zawór przy spadku ciśnienia 1 [bar] dla określonego skoku zaworu. Współczynnik Kv charakteryzuje minimalny opór hydrauliczny zaworu. Znajomość współczynnika Kv pozwala bezpośrednio określić wymiar nominalny zaworu DN oraz średnicę przewodu rurowego, do którego zawór można zamontować. Dla tych samych wymiarów nominalnych DN można uzyskać kilka wartości Kv w wyniku zastosowania zredukowanych przelotów gniazd zaworów.

Wartość nominalna (katalogowa) współczynnika przepływu  oznaczana jest symbolem Kvs. Zależności między współczynnikiem przepływu, natężeniem przepływu i spadkiem ciśnienia dla różnych stanów skupienia i warunków przepływu można określić z wzorów na stronie 5.
Wzory te pozwalają na przybliżone obliczenie współczynnika Kv. Nie uwzględniają one wpływu lepkości cieczy, zmiany gęstości przepływającego czynnika, współczynników zależnych od konstrukcji zaworu, zjawisk na granicy zmiany stanu medium, przepływu krytycznego itp.

Dokładne zależności podaje norma PN-EN 60534-2-1 "Przemysłowe zawory regulacyjne. Wydajność przepływowa. Równania wymiarowania zaworów do przepływu płynów w warunkach instalacji". 

Zaleca się korzystanie z programu obliczeń i doboru zaworu DIVENT dostępnego do pobrania na stronie www.polna.com.pl. 

Dla zapewnienia poprawnej pracy układu automatycznej regulacji i uniknięcia przewymiarowania
zaworu przyjęta wartość katalogowego współczynnika przepływu powinna być wyższa od obliczonej. Zakłada się, że maksymalna wartość obliczonego współczynnika przepływu powinna być osiągana w zakresie 70...90% skoku grzyba.

Ciśnienie nominalne jest to bezwymiarowe oznaczenie maksymalnego ciśnienia roboczego w warunkach temperatury otoczenia poprzedzone  znakiem PN lub CL.

Zawory regulacyjne wykonywane są w następujących ciśnieniach nominalnych:
PN6; 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 320; 400 - wg PN-EN 1092-1, DIN2548, DIN2549, DIN2550, DIN2551, PN-H-74306, PN-H-74307
CL150; 300; 600; 900; 1500; 2500 - wg ANSI/ASME B16.5, PN-EN 1759-1
PN20; 50; 110; 150; 260; 420 - wg PN-EN 1759-1, PN-ISO 7005-1

Ciśnienia PN20…420 są odpowiednikiem ciśnień  CL 150…2500.

O rodzaju wykonania materiałowego zaworu decyduje materiał korpusu.

Podstawowe wykonania materiałowe korpusów odlewanych:

• żeliwo szare:    

EN-GJL 250, wg PN-EN 1561

• żeliwo sferoidalne:  

EN-GJS-400-15, wg PN-EN 1563, 
EN-GJS-400-18LT, wg PN-EN 1563

• staliwo węglowe:  

GP240GH, (1.0619), wg PN-EN 10213-2
G20Mn5, (1.6220), wg PN-EN 10213-3 
WCB, wg ASTM A216

• staliwo stopowe:  

G17CrMo9-10, (1.7379), wg PN-EN 10213-2
WC9, wg ASTM A217

• staliwo kwasoodporne:  

GX5CrNiMo19-11-2, (1.4408), wg PN-EN 10213-4
CF8M, wg ASTM A351

Kryteria doboru wykonania materiałowego:

• odporność na korozję,
• temperatura pracy
• ciśnienie nominalne
• wymagania specyfikacji technicznych (AD 2000 Merkblatt, WUDT-UC, ASME Code)

Odporność materiału na korozję zależy od rodzaju czynnika, jego temperatury, stężenia itp. Powinna być oceniana na podstawie ogólnodostępnych tablic i zaleceń lub informacji producenta zaworów.

Zależność ciśnienia i temperatury roboczej podają tablice w kartach katalogowych wyrobów.

Minimalna temperatura pracy dla wszystkich materiałów wynosi -10 °C. Istnieje możliwość obniżenia temperatury stosowania do:

• 40°C    dla żeliwa sferoidalnego EN-GJS-400-18LT,
• 60°C  dla staliw GP240GH, (1.0619) i WCB,
• 90°C  dla staliwa G20Mn5, (1.6220),
• 196 °C   dla staliw GX5CrNiMo19-11-2, (1.4408) i CF8M,

na następujących warunkach:

• odpowiednie obniżenie ciśnienia projektowego,
• badanie i uzyskanie wymaganej udarności w określonej temperaturze,
• obróbka cieplna odlewu (wyżarzanie odprężające).

Wymagania określone w specyfikacji AD 2000 Merkblatt, Arkusz A4 nie dopuszczają stosowania żeliwa szarego na elementy ciśnieniowe. Wyjątkiem od tej zasady mogą być wyroby wykonywane wg art. 3.3 dyrektywy ciśnieniowej zgodnie ze specyfikacją techniczną WUDT-UC.

Problem wyboru rozwiązania konstrukcyjnego ma miejsce jedynie w przypadku zaworów. Zawory można podzielić według następujących kryteriów:

• ze względu na rozmieszczenie wlotu i wylotu korpusu: przelotowe, trójdrogowe, kątowe,
• ze względu na rodzaj elementu zamykającego: z grzybem o ruchu liniowym, z grzybem obrotowym,
• ze względu na kształt elementu zamykającego: z grzybem profilowym, z grzybem perforowanym, z grzybem wielostopniowym, klatkowe,
• ze względu na odciążenie od sił poosiowych: nieodciążone, odciążone,
• ze względu na odwracalność działania: zawory o konstrukcji odwracalnej, dwugniazdowe, zawory o konstrukcji nieodwracalnej, 
• jednogniazdowe.

Zawory przelotowe o liniowym usytuowaniu wlotu i wylotu stanowią podstawową, najbardziej powszechną grupę zaworów. Zawory trójdrogowe stosowane są w instalacjach gdzie zachodzi potrzeba mieszania lub rozdziału przepływu medium. Zawory kątowe preferowane są do zastosowań w warunkach występowania flashingu (odparowania) i wysokich spadków ciśnienia. Odmianą zaworów kątowych są zawory typu "      " o równoległych lecz nie współosiowych przyłączach.

Zawory z grzybem obrotowym zalecane są w przypadkach dużych przepływów i potrzeby dokładnej regulacji na początku otwarcia. Elementy perforowane (wielootworowe) stosowane są głównie w celu obniżenia poziomu hałasu. Grzyby wielostopniowe ograniczają występowanie kawitacji i przepływu dławionego.

W zaworach klatkowych występuje grzyb tłoczkowy współpracujący z wielootworową klatką regulacyjną.

Stosowane są głównie w warunkach występowania dużych spadków ciśnienia. Odciążenie zaworu ma na celu wyrównanie ciśnień statycznych po obu stronach grzyba. za pomocą otworów odciążających lub przy zastosowaniu grzyba wewnętrznego (pilota).

Przy wyborze sposobu odciążania należy brać pod uwagę następujące czynniki:

a) grzyb - pilot

• kierunek przepływu - nad grzyb (FTC),
• wysoka szczelność zamknięcia - (Vkl.),
• możliwa wyższa regulacyjność zaworu,
• ograniczona możliwość wykonywania grzybów wielostopniowych i instalowania klatek dławiących.

b) otwory odciążające w grzybie

• kierunek przepływu - pod grzyb (FTO),
• maksymalna klasa szczelności zamknięcia - (IV kl.),
• uszczelka grzyba ulega zużyciu, należy przewidywać konieczność jej wymiany,
• możliwość wykonywania grzybów wielostopniowych i instalowania klatek dławiących.

Odwracalność działania zaworu polega na możliwości zmiany jego funkcji (czy naciskanie trzpienia powoduje zamykanie czy otwieranie zaworu) w wyniku innego montażu części wewnętrznych zaworu. Przy wyborze konstrukcji zaworu należy uwzględnić następujące czynniki:

• szczelność zamknięcia

Zawory jednogniazdowe mają większą szczelność zamknięcia niż dwugniazdowe.

• odciążenie od sił poosiowych

Zawory dwugniazdowe wymagają mniejszych sił przestawiających i pozwalają na przenoszenie wyższych spadków ciśnienia w porównaniu z jednogniazdowymi przy tych samych siłownikach.

• współczynnik przepływu

Istnieje większa możliwość redukcji przepływu w zaworach jednogniazdowych, a z kolei zawory dwugniazdowe i zawory z grzybem obrotowym mają większe współczynniki przepływu niż jednogniazdowe przy tej samej średnicy zaworu.

• ciśnienie nominalne

Zawory nieodwracalne stosowane są do wyższych ciśnień nominalnych niż zawory o konstrukcji odwracalnej.

• lepkość medium

Przy cieczach gęstych o lepkości ν > 10-5 [m2/s],  kiedy może występować przepływ laminarny,  zaleca się stosowanie zaworów jednogniazdowych.

Poniżej scharakteryzowaliśmy grupę urządzeń wykonawczych z grupy automatyki przemysłowej. Mamy nadzieję iż wyszczególnienie tylko najistotniejszych informacji pomoże usystematyzować wiedzę na ten temat.

Urządzenia wykonawcze są to wyjściowe człony układów regulacji oddziałujące bezpośrednio na strumień materiałów lub energii przepływający przez obiekt, którego wybrany parametr jest regulowany. Najbardziej ogólnie można je podzielić z zależności od rodzaju energii zasilającej, na elektryczne, pneumatyczne i hydrauliczne. W ramach tych podziałów możemy wyróżnić urządzenia wykonujące pewną pracę czyli siłowniki i sterujące strumieniami materiałów lub energii - nastawniki, nazywane sterownikami. Nastawniki strumienia materiałów (medium) jak np. zawory regulacyjne musza współpracować z napędzającymi je siłownikami, natomiast nastawniki (sterowniki) stanowią samodzielne człony wykonawcze regulatorów.

Istnieje szereg podziałów w ramach każdej grupy urządzeń i tak grupę siłowniki możemy podzielić na:

1. Siłowniki elektryczne (skomplikowana budowa, duża liczba ruchomych elementów i znaczna masa, duża wrażliwość na trudne warunki pracy, wymagają stałej konserwacji):

• Siłowniki elektromagnetyczne - najprostsze siłowniki, zbudowane z elektromagnesu, stosowane w układach dwupołożeniowych, wytwarzane siły do 30 kN przy kilku centymetrach przesunięcia,
• siłowniki silnikowe - element napędowy to silnik elektryczny lub krokowy. O mocach od kilku do kilkuset watów. Wytwarzane siły do 100 kN przy kilkunasto centymetrowych przesunięciach, możliwe kompletacje z ustawnikami pozycyjnymi (pozycjonerami),

2. Siłowniki pneumatyczne (prosta konstrukcja, duża odporność na trudne warunki pracy):

• siłowniki tłokowe - niewielkie siły do 50 kN, przesunięcia do 100 cm, stosowane najczęściej jako dwupołożeniowe stosowane do klap, przepustnic itp.,
• siłowniki membranowe - najbardziej rozpowszechniony rodzaj siłownika, siły do 100kN, przesunięcia do 10 cm, produkowane w wersji normalnie otwartej lub normalnie zamkniętej, istnieje możliwość uzupełnienia ustawnikiem pozycyjnym (pozycjonerem) i precyzyjne sterowanie wrzecionem w sposób bezstopniowy,

3. Siłowniki hydrauliczne (wyłącznie tłokowe, siły ponad 1 MN, stosowane w prasach, podnośnikach, dźwigach itp.).

Grupa nastawniki podzielona jest głównie według rodzaju nastawnika (zaworu).

Nastawniki strumienia cieczy lub gazów:

• zawory regulacyjne - służą do zmiany strumienia cieczy, pary lub gazu w przewodach rurowych,

Urządzenia dławiące o różnorodnych rozwiązaniach konstrukcyjnych napędzane przez siłowniki pneumatyczne lub elektryczne.

a) podstawowymi urządzeniami dławiącymi w grupie nastawników strumienia cieczy lub gazu są przepustnice i zasuwy. Stosowane do cieczy z zanieczyszczeniami mechanicznymi, zawiesin i cieczy lepkich.

b) zawory grzybkowe - najbardziej rozpowszechnione urządzenia nastawcze. Stosowane do nastawiania przepływu cieczy lub gazów przy dużej różnicy ciśnień przed i za zaworem.

c) zawory kulowe - elementem dławiącym jest kula z otworem, nie wymaga odciążania, mało wrażliwe na obecność zanieczyszczeń mechanicznych,

d) zawory membranowe - elementami dławiącymi w tymch zaworach są elastyczna membrana gumowa, teflonowa, kompozytowa lub elastomerowa. Mogą być stosowane do płynów agresywnych,

Spośród wymienionych powyżej kilku rodzajów zaworów regulacyjnych, klapy, zasuwy i zawory kulowe są stosowane prawie wyłącznie w układach regulacji przekaźnikowej gdzie współpracując z odpowiednim siłownikiem są całkowicie otwierane bądź zamykane.

Dodatkowo w grupie nastawników wyróżniamy:

• nastawniki mocy prądu elektrycznego,
• przekaźniki elektromagnetyczne,
• łączniki półprzewodnikowe,
• sterowniki półprzewodnikowe,
• przetwornice częstotliwości,
• urządzenia dozujące.

Literatura: Dwumiesięcznik "Chemia Przemysłowa" 3/2008, artykuł pt. "Urządzenia wykonawcze"
Dr inż. Marek Ludwicki, Politechnika Łódzka.