วาล์วประตูก้านไม่เพิ่มขึ้นทำงานอย่างไร

วาล์วประตูเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่ใช้บ่อยที่สุดในการควบคุมการเปิด-ตัวกลางของท่อในสาขาวิศวกรรมวาล์ว เมื่อการเคลื่อนที่ในแนวตั้งของก้านวาล์วถูกจำกัดโดยพื้นที่ติดตั้งหรือท่อใต้ดิน วิศวกรมักจะเลือกกวาล์วประตูก้านไม่เพิ่มขึ้น. การออกแบบนี้ทำให้ก้านวาล์วคงที่ในแนวแกนในระหว่างการหมุน และขับเคลื่อนจานเกตขึ้นและลงผ่านการส่งผ่านเกลียวโดยไม่ให้ก้านวาล์วยื่นออกไปด้านนอก อิงตามมาตรฐาน ASME B16.34 และเอกสารทางเทคนิคจากวาล์วโลกบทความนี้จะอธิบายหลักการทำงาน พารามิเตอร์หลัก และการเปรียบเทียบการเลือกประเภทอย่างละเอียด

 

1. หลักการทำงานหลัก: การหมุนแทนที่การยก

แตกต่างจากแบบเดิมๆเพิ่มขึ้นและวาล์วประตูไม่เพิ่มขึ้นโครงสร้างก้านที่ไม่สูงขึ้นจะยึดน็อตก้านที่อยู่ภายในฝากระโปรงหน้า ในระหว่างการทำงาน วงล้อจักรหรือแอคชูเอเตอร์จะขับเคลื่อนก้านวาล์วให้หมุน เกลียวภายนอกของก้านวาล์วจะประกบกับเกลียวภายในบนดิสก์เกต ขับเคลื่อนดิสก์เกตให้เคลื่อนที่เชิงเส้นตามแนวแกนของก้านวาล์ว ต้องขอบคุณอุปกรณ์จำกัดแนวแกนที่ปลายล่างของก้านวาล์ว ทำให้ก้านวาล์วไม่สามารถขยับขึ้นด้านบนได้ มันจะแปลงแรงบิดเป็นแรงยกของแผ่นเกตผ่านการหมุนเท่านั้น

 

เอาวาล์วประตูเหล็กหล่อก้านไม่เพิ่มขึ้นโดยมีระดับแรงดัน DN150 และ PN16 เป็นตัวอย่าง: ก้านวาล์วใช้เกลียวสี่เหลี่ยมคางหมู (Tr28×5) โดยมีตะกั่วขนาด 5 มม. การหมุนวงล้อจักรหนึ่งครั้งจะยกจานประตูขึ้น 5 มม. จังหวะการเปิดเต็มที่ต้องยกขึ้น 50 มม. จากตำแหน่งปิด ดังนั้นวงล้อจักรจึงต้องหมุนเต็ม 10 รอบ ความสูงโดยรวมของวาล์วอยู่ที่ 385 มม. ในขณะที่วาล์วประตูก้านที่เพิ่มขึ้นตามข้อกำหนดเดียวกันนั้นมีความสูงเกิน 550 มม. - นี่คือข้อได้เปรียบหลักของการออกแบบที่ไม่เพิ่มขึ้นในบ่อใต้ดินหรือสภาพแวดล้อมที่มีห้องเครื่องจักรต่ำ

 

2. ส่วนประกอบหลักและพารามิเตอร์วัสดุ

ความน่าเชื่อถือของกวาล์วประตูก้านไม่เพิ่มขึ้นขึ้นอยู่กับส่วนประกอบสามชิ้นที่ติดตั้งอย่างแม่นยำ:

• ก้าน: โดยทั่วไปทำจากสแตนเลส 2Cr13 (ความแข็ง HRC28~32) หรือเหล็กชุบแข็งแบบตกตะกอน 17-4PH (ความต้านทานแรงดึงมากกว่าหรือเท่ากับ 1,000MPa) พื้นผิวเกลียวจะต้องได้รับการชุบนิกเกิลฟอสฟอรัสหรือไนไตรด์ที่มีความหนา 0.05 ~ 0.10 มม. เพื่อต้านทานการสึกหรอที่เกิดจากการหมุนซ้ำ ๆ
• ประตู: ประตูลิ่มยืดหยุ่นหรือประตูคู่ขนาน ความคลาดเคลื่อนของมุมลิ่มถูกควบคุมภายใน ±0.2 องศาเพื่อให้แน่ใจว่าแรงกดที่พอดีกับพื้นผิวซีลบ่าวาล์วถึงมากกว่าหรือเท่ากับ 4.0MPa (คลาส PN25)
• สเตมนัท: ทำจากอลูมิเนียมบรอนซ์ (C95400) หรือทองเหลืองหล่อที่มีความแข็ง HB มากกว่าหรือเท่ากับ 150 ระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างเกลียวภายในและเกลียวก้านวาล์วคือ 0.10~0.25 มม. เพื่อป้องกันการติดขัดที่เกิดจากการบุกรุกของฝุ่น

 

3. รูปแบบพิเศษของการออกแบบก้านไม่ขึ้น

3.1 วาล์วประตูมีดแบบไม่ขึ้น

ใช้กับอนุภาค-ที่มีสารละลาย เช่น เยื่อและหางแร่ ขอบด้านล่างของแผ่นประตูใช้การออกแบบการตัดมุมเฉียบพลัน (มุมลิ่ม 30 องศา ~ 45 องศา) ซึ่งสามารถตัดเส้นใยหรืออนุภาคของแข็งเมื่อปิด ไม่มีร่องในช่องการไหลของตัววาล์วเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมตัวปานกลาง ตัวอย่างเช่น ความหนาของแผ่นเกตของวาล์วประตูมีด DN200 อยู่ที่ 8 มม. เท่านั้น แต่แรงเฉือนของมันต้องสูงถึง 15kN เพื่อตัดเส้นใยเยื่อกระดาษที่มีความเข้มข้น 8%

3.2 วาล์วประตู NRS ก้านไม่ขึ้น

NRS เป็นตัวย่อของ "Non-Rising Stem" ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันอัคคีภัยและเครือข่ายท่อประปา ตัวบ่งชี้ตำแหน่งทางกลติดตั้งอยู่ที่ด้านบนของก้านวาล์ว - ลูกเบี้ยวหมุนพร้อมกันกับก้าน เมื่อวาล์วปิดสนิท ลูกเบี้ยวจะกดไมโครสวิตช์และส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังห้องควบคุม ตามมาตรฐานการป้องกันอัคคีภัย UL 262 เมื่อวาล์วประตู nrs ก้านไม่เพิ่มขึ้นอยู่ที่ตำแหน่งเปิดสุด การหมุนย้อนกลับของวงล้อจักรจะต้องไม่น้อยกว่า 1/4 วงกลม เพื่อเป็นการยืนยันการไม่-ล็อค

 

4. การเปรียบเทียบ: วาล์วประตูที่เพิ่มขึ้นเทียบกับไม่เพิ่มขึ้น

มิติการเปรียบเทียบ	วาล์วประตูก้านที่เพิ่มขึ้น	วาล์วประตูก้านไม่เพิ่มขึ้น
การเคลื่อนไหวของลำต้น	การหมุน + การเคลื่อนที่ตามแนวแกน	การหมุนเท่านั้น
ระยะห่างในการติดตั้ง	ความสูงที่สงวนไว้ที่จำเป็นสำหรับการขยายลำต้น	ระยะห่างต้องตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางของวงล้อจักรเท่านั้น
การเปิดและปิดบ่งชี้	ความยาวส่วนขยายของลำต้นที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า	จำเป็นต้องมีตัวบ่งชี้ภายนอกหรือตัวนับการหมุน
สื่อที่เกี่ยวข้อง	น้ำสะอาด น้ำมัน ไอน้ำ	ทราย-น้ำแบก โคลน ของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เกลียวก้านไม่สัมผัสกับตัวกลาง)
เน้นการบำรุงรักษา	การปิดผนึกต่อมบรรจุ	การหล่อลื่นเกลียวก้าน

การใช้งานทั่วไป: สำหรับวาล์วบำรุงรักษาในท่อจ่ายน้ำใต้ดินที่มีความลึกเพียง 1.2 เมตร ถ้ากวาล์วประตูที่เพิ่มขึ้น VS ไม่เพิ่มขึ้นมีการติดตั้งก้านแบบยกสูง ก้านของ DN300 จะขยายเพิ่มอีก 420 มม. เมื่อเปิดเต็มที่ ทำให้เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงไม่สามารถทำงานโดยไม่ทำให้ฝาปิดท่อระบายเสียหายได้ ในทางตรงกันข้าม ประเภทก้านไม่ยกสูงมีความสูงโดยรวมเพียง 580 มม. ทำให้มีพื้นที่การทำงานเพียงพอ

 

5. ปัญหาและแนวทางแก้ไขทั่วไป

ปัญหาทั่วไป 1: วิธีตัดสินตำแหน่งเปิดจริง-ของวาล์วประตูก้านไม่ขึ้น

เนื่องจากไม่ได้สัมผัสกับก้าน ผู้ปฏิบัติงานจึงไม่สามารถตัดสินได้โดยตรงว่าวาล์วเปิดสุด เปิดบางส่วน หรือปิดสุด การพึ่งพาการบันทึกวงกลมการหมุนของวงล้อจักรในระยะยาว-อาจนำไปสู่การปิดที่ไม่สมบูรณ์หรือ-ความเสียหายของแรงบิดเกินเนื่องจากการลืมหรือการทำงานผิดพลาด

 

โซลูชั่น:

• หมุนเคาน์เตอร์: ติดตั้งระหว่างล้อมือและฝากระโปรง ชุดเกียร์ภายในจะแปลงวงกลมการหมุนของก้านวาล์วให้เป็นมุมตัวชี้ ตัวอย่างเช่น ในผลิตภัณฑ์บางยี่ห้อ การหมุน 50 รอบสอดคล้องกับหนึ่งวงกลมเต็มของตัวชี้ และตัวชี้เบี่ยงเบนไป 72 องศาสำหรับการหมุนเต็ม 10 รอบ โดยมีความแม่นยำถึง ±0.5 วงกลม
• ลิมิตสวิตช์แบบติดตั้งด้านบน-: ร่องตามแนวแกนถูกกลึงที่ด้านบนของก้านวาล์ว เมื่อจานเกตไปถึงตำแหน่งปิดสุดหรือเปิดสุด ขอบร่องจะดันสวิตช์พรอกซิมิตี้รีเซ็ตสปริง (ระยะการตรวจจับน้อยกว่าหรือเท่ากับ 2 มม.) และส่งสัญญาณหน้าสัมผัสแห้งไปยัง DCS หรือไฟแสดงสถานะในพื้นที่
• การตรวจจับตำแหน่งวาล์วอัลตราโซนิก: ติดตั้งโพรบอัลตราโซนิคที่ผนังด้านนอกของตัววาล์ว ด้วยการใช้ความแตกต่างของอิมพีแดนซ์ทางเสียงระหว่างดิสก์เกตและตัววาล์ว (ความแตกต่างของความเร็วเสียงระหว่างอากาศและโลหะคือประมาณ 4 เท่า) จึงสามารถรับรู้ช่วงเสียงสะท้อนได้โดยไม่ต้องถอดชิ้นส่วนวาล์ว ซึ่งเหมาะสำหรับโครงการปรับปรุงใหม่

 

ปัญหาทั่วไป 2: เหตุใดวาล์วประตูก้านไม่ขึ้นจึงมีแนวโน้มที่จะติดในบริการไอน้ำอุณหภูมิสูง-

โรงงานเคมีแห่งหนึ่งรายงานว่า DN80 PN40วาล์วประตูก้านไม่เพิ่มขึ้นติดตั้งบนท่อส่งไอน้ำอิ่มตัว 200 องศา ไม่สามารถหมุนวงล้อหมุนได้หลังจากใช้งานมา 3 เดือน การตรวจสอบการแตกตัวพบว่ามีส่วนผสมของสนิมดำและผงกราไฟต์สะสมอยู่ระหว่างเกลียวก้านและเกลียวเกท โดยมีการสึกหรอของโปรไฟล์เกลียว 30%

 

การวิเคราะห์สาเหตุ:

อุณหภูมิสูงทำให้เกิดความแตกต่างในการขยายตัวทางความร้อนระหว่างก้านและจานประตู (ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น 2Cr13: 10.5×10⁻⁶/ องศา; ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของประตูเหล็กหล่อ: 11.5×10⁻⁶/ องศา) ลดระยะห่างด้านข้างเกลียวจาก 0.15 มม. เป็น 0.02 มม. และทำให้ฟิล์มหล่อลื่นแตกภายใต้การอัดขึ้นรูป

ออกซิเจนที่ละลายในไอน้ำจะเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของพื้นผิวเกลียวที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิด Fe₃O₄ (แมกเนไทต์) ที่เป็นเม็ดหลวมซึ่งจะเข้าไปในช่องว่างของเกลียวและทำให้เกิดการสึกหรอจากการเสียดสี

 

โซลูชั่น:

• ใช้สารหล่อลื่นที่ทนต่ออุณหภูมิสูง-: เคลือบพื้นผิวเกลียวสี่เหลี่ยมคางหมูด้วยสารหล่อลื่นแบบฟิล์มแห้ง MoS₂ ซึ่งใช้งานได้ที่ −200 องศา ~400 องศา เพื่อลดค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจาก 0.15 เป็น 0.06 สมัครใหม่ทุกๆ 200 ชั่วโมงของการทำงานหรือ 200 รอบเปิด-
• เพิ่มระยะห่างของเกลียว: อัพเกรดเกลียวคลาส 2G ที่แนะนำโดยมาตรฐาน ASME B1.5 เป็นคลาส 3G (ระยะห่างเพิ่มขึ้น 0.05~0.10 มม.) ในขณะเดียวกัน ให้เปลี่ยนเกลียวสี่เหลี่ยมคางหมูด้วยเกลียวค้ำยัน (มุมรับแรงกด 30 องศา) ซึ่งมีความแข็งแรงของรากสูงกว่าและการสะสมออกไซด์น้อยกว่า
• การอัพเกรดการซีลโลหะ-เป็น-: เปลี่ยนบ่าวาล์วแบบอ่อน (PTFE ทนต่ออุณหภูมิน้อยกว่าหรือเท่ากับ 230 องศา ) ด้วยบ่าวาล์วแบบหน้าแข็ง Stellite 6 พร้อมความแข็งพื้นผิวการซีล HRC 40~45 ซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 425 องศาโดยไม่ทำให้อ่อนลง ควรสังเกตว่าอัตราการรั่วไหลของซีลแบบแข็ง (Class A ต่อ ISO 5208, 0.1 มม./วินาที·มม.) สูงกว่าอัตราการรั่วไหลของซีลแบบอ่อน (Class A, 0.01 มม./s·มม.) เล็กน้อย ดังนั้น การรั่วไหลภายในเล็กน้อยจะต้องได้รับอนุญาตภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง

 

6. พารามิเตอร์การบำรุงรักษาและการตรวจสอบ

ตามแนวทางการดำเนินงานและการบำรุงรักษาปี 2023 ของผู้ใช้วาล์วแนะนำให้ใช้รอบการบำรุงรักษาต่อไปนี้วาล์วประตูมีดไม่เพิ่มขึ้นและวาล์วประตูก้านไม่เพิ่มขึ้นทั่วไป:

1. การหล่อลื่นก้าน: ฉีดจาระบีแรงดันสูงที่ใช้ลิเธียม- (NLGI เกรด 2, ซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสที่มีสารเติมแต่งความดันสูงมากกว่าหรือเท่ากับ 0.5%) ผ่านทางรูฉีดจาระบีบนฝากระโปรงทุกๆ 6 เดือนหรือหลังจากการปฏิบัติงาน 500 ครั้ง ความดันการฉีดจาระบีจะต้องไม่เกิน 0.3MPa จนกว่าจาระบีเก่าจะหลุดออกจากต่อมบรรจุ
2. การวัดการสึกหรอของด้าย: ถอดประกอบและตรวจสอบปีละครั้งเพื่อวัดเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ของเกลียวก้าน เปลี่ยนก้านหากการสูญเสียการสึกหรอเกิน 5% ของขนาดเดิม (เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางระยะพิทช์เดิมของ Tr32×6 คือ 29.0 มม. ให้เปลี่ยนใหม่หากสึกต่ำกว่า 27.55 มม.)
3. การตรวจสอบแรงบิดของ Handwheel: แรงบิดในการทำงานปกติจะต้องไม่เกินค่าขีดจำกัดในตารางที่ 1 (อ้างอิงถึง API 600) หากแรงบิดในการปิดเพิ่มขึ้นกะทันหันมากกว่า 30% อาจเกิดจากการสะสมของตะกรันบนรางนำเกตหรือการดัดงอของก้าน ให้หยุดดำเนินการตรวจสอบทันที

เส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนดของวาล์ว (DN)	แรงบิดสูงสุดของ Handwheel (N·m)	แรงกระทำที่สอดคล้องกันที่แขนโมเมนต์ 0.4 ม. (N)
50~80	150	375
100~150	300	750
200~300	500	1250

 

บทสรุป

จากวาล์วประตูไม่เพิ่มขึ้นถึงวาล์วประตู nrs ก้านไม่เพิ่มขึ้นสาระสำคัญของการออกแบบคือการตระหนักถึงการยกแผ่นเกทผ่านการหมุนคู่เกลียวในพื้นที่จำกัด การเลือกประเภทจะต้องรวมปริมาณของแข็งในอุณหภูมิปานกลางและระยะห่างในการติดตั้ง พร้อมด้วยการหล่อลื่นเกลียวและการตรวจจับการสึกหรอเป็นประจำ - นี่คือหลักปฏิบัติทางวิศวกรรมขั้นพื้นฐานเพื่อให้แน่ใจว่าเกิดความล้มเหลว-การทำงานโดยอิสระมานานกว่าสิบปี