Zawory kulowe

Spis treści:

• Definicja zaworu kulowego

• Budowa zaworu przelotowego

• Zastosowanie zaworów odcinających

• Zasada działania zaworu kulowego

• Rodzaje i montaż zaworów przelotowych

• Dobór zaworów kulowych

• Zalety zaworów kulowych

• Oferta

• Najczęściej zadawane pytania

Definicja zaworu kulowego

Zawór kulowy to element armatury odcinającej. Odcina przepływ czynnika, a cechą odróżniającą go od innych typów zaworów jest posiadanie kuli. Kula jest elementem, który zapewnia odcinanie medium poprzez obrót jej o 90 stopni (relatywnie mały kąt) wymuszany za pomocą dźwigni w zaworach ręcznych. Wcześniej stosowane rozwiązania, czyli np. zawory zasuwowe lub grzybkowe posiadają pokrętło, które wymagało wielu jego obrotów do całkowitego otwarcia lub zamknięcia przepływu. W zaworach kulowych ruch jest natomiast dużo krótszy, przez co komponenty mniej się zużywają. Dlatego też zawory kulowe zaczęły wypierać starsze rozwiązania. Zawory wieloobrotowe (z kółkiem) miały dużo wycieków spowodowanych wycieraniem części metalowych (tarcie metal o metal). W przypadku zaworów kulowych wycieki te zostały zminimalizowane przez skrócenie ruchu podczas przesterowania zaworu oraz zastosowanie materiałów o bardzo dobrych właściwościach tribologicznych - uszczelnienia z teflonu.

Budowa zaworu kulowego

Kula jest sercem, najważniejszym elementem zaworu kulowego. Zawór kulowy składa się z korpusu, uszczelnienia, rączki (dźwignia jako element wykonawczy).

Dodatkowymi komponentami są również te, które łączą kulę z elementem wykonawczym (z rączką czy z napędem).

• Jest to trzpień, na którym znajdują się uszczelnienia zapobiegające wypłynięciu medium ze środka zaworu na zewnątrz (po napędzie lub rączce).

• W niektórych zaworach występuje również dławica, która dociska zestaw uszczelnień do korpusu. Jeżeli zawór ma dławicę, to w przypadku pojawienia się wycieków za pomocą narzędzia możemy ją lekko docisnąć, dzięki czemu będziemy zapobiegali wypływowi medium.

Dławica i trzpień są demontowalne, mogą być wymieniane. W innych przypadkach po zużyciu należy wymienić cały zawór (nie przy każdym zaworze jest sens ekonomiczny i czasowy wymiany). Korpus może być 2-elementowy lub 3-elementowy.

W przypadku zaworu 2-elementowego, jest to korpus skręcany złożony z 2 części, które pozwalają umieścić kulę i uszczelki w środku korpusu, a następnie jest skręcany i sklejany (zabezpieczany przed rozkręceniem).

Elementem wyróżniającym korpus 3-elementowy są śruby łączące elementy korpusu. Łączenie korpusu za pomocą śrub pozwala na łatwy, wielokrotny demontaż i montaż zaworu, dzięki któremu bez problemu możemy go wyczyścić w środku czy wymienić uszczelnienia. Zawory 3-elementowe są łatwe w konserwacji, regeneracji i utrzymaniu czystości.

Zawory 2-elementowe dwudrożne niewiele różnią się od trójdrożnych pod kątem budowy. Do korpusu są dokręcane elementy z uszczelnieniami i przyłączem. W kuli zaworu dwudrogowego mamy jedynie przelot, natomiast w przypadku trzydrogowego mamy przelot 2- lub 3-zdrożny (kula w kształcie litery L lub T). Podobnie w zaworach 4-drożnych. Różnice dotyczą jedynie nawiercenia kuli i ilości przyłączy.

Pod kątem budowy materiałowej wyróżniamy zawory mosiężne, wykonane ze stali węglowej, nierdzewnej, żeliwa oraz tworzywowe.

Zawory kulowe z mosiądzu sprawdzą się przy mediach nieagresywnych tj. powietrzu, gazach neutralnych, wodzie, w rolnictwie, pzy mediach, które z mosiądzem nie reagują (mosiądz ma najmniejszą odporność na związki chemiczne). Mosiądz jest materiałem korzystnym cenowo, dodatkowo jest odporny na warunki atmosferyczne - z powodzeniem zawory kulowe w tym wykonaniu mogą pracować na zewnątrz budynków.

Innym materiałem wykonania korpusu jest stal węglowa, która nie jest odporna na warunki atmosferyczne. Musi być zabezpieczona dodatkowo przed korozją. W przypadku pracy zaworów na zewnątrz i z medium, które wyklucza mosiądz najlepszym wykonaniem byłaby stal nierdzewna. Najtańszym rozwiązaniem w przypadku zaworów kołnierzowych stosowanych wewnątrz hal będzie żeliwo, które zawsze jest zabezpieczone poprzez malowanie np. seria BLZK.

W zaworach kulowych spotykamy kilka głównych materiałów uszczelnienia kuli. Najpopularniejszym i najczęściej stosowanym w przemyśle jest teflon - PTFE. Ma on bardzo dobre właściwości tribologiczne (smarne), zalicza się do tworzyw samosmarowanych. Ma bardzo dobrą odporność chemiczną (zapraszamy do zapoznania się z tabelą odporności na naszej stronie) i jest dopuszczalny w większości branż. W aplikacji, gdzie występują wyższe temperatury stosuje się teflon wzmocniony węglografitem (optymalny zakres pracy wynosi od 60°C do 200°C). Są to uszczelki, które stosujemy do olejów termalnych i pary o ciśnieniu do 10 Bar.

W zaworach stosowanych do wysokich ciśnień używa się takich materiałów jak PEEK oraz DELRIN. Najpopularniejszą grupą takich zaworów są zawory do hydrauliki siłowej (nawet do 500 bar) zazwyczaj występujące z korpusem ze stali czarnej i przyłączami metrycznymi. Innym zaworem wartym uwagi jest zawór z uszczelnieniami z DELRIN-u - zawór HIPRESS, który pomimo uszczelnień do wysokich ciśnień ma korpus z mosiądzu i łatwą do przesterowania, aluminiową dźwignię. Zawory z tej serii są często używane do wody pod wysokim ciśnieniem np. w myjniach samochodowych. W wersji z napędem elektrycznym znajdują również zastosowanie w myjniach automatycznych.

W branżach, gdzie nie może być zastosowany teflon, stosowane są uszczelnienia specjalne. Taką branżą jest np. przemysł tytoniowy. W tym przypadku stosuje się zawory dostępne w wersji z uszczelnieniami z HDPE (polietylen o wysokiej gęstości). Oferujemy także wersje specjalnych, specyficznych zaworów do wielu aplikacji i wymagających branż.

Dławica może być uszczelniana przez różne systemy i zróżnicowane uszczelki. W prostych zaworach stosowana jest płaska podkładka teflonowa i oring z EPDM/NBR lub VITON. W bardziej rozbudowanych zaworach, np. mosiężnych zaworach kulowych TOTAL występuje opatentowana przez producenta dławica DSS4 z dwoma kompletami uszczelnień stożkowych z teflonu. Jest to bardzo zaawansowane rozwiązanie wpływające na wysoką jakość zaworu.

Zastosowanie zaworów odcinających

Zawory kulowe przeznaczone są do pracy z mediami ciekłymi i gazowymi. Zawory te z powodzeniem wykorzystywane są w przemyśle chemicznym, spożywczym, ciężkim, stoczniowym, energetycznym, budowlanym, drzewnym. Sprawdzą się wszędzie tam, gdzie występuje sprężone powietrze, inne gazy czy płyny oraz istnieje potrzeba ich odcięcia. Nie są one jednak polecane do mediów sypkich. Przy tego typu aplikacjach lepiej sprawdzają się zawory klapowe czy nożowe.

Przemysł
spożywczy

Przemysł
morski i stoczniowy

Przemysł
chemiczny

Przemysł
budowlany

Zasada działania zaworu kulowego

Podstawową i najpopularniejszą funkcją zaworów kulowych jest odcinanie przepływu medium. Funkcjonalnie są to zawory 2/2 - dwudrogowe (wejście i wyjście zaworu), dwupołożeniowe (zawór otwarty i zawór zamknięty). Zawory kulowe należą do armatury odcinającej i powinny pracować w swoich skrajnych położeniach (otwarty/zamknięty). W instalacjach sprężonego powietrza często spotykane są również zawory z odpowietrzeniem. Funkcjonalnie będą to zawory 3/2. Trzecią drogą takich zaworów jest odpowietrzenie. Są to zawory ze specjalną budową kuli, w której znajdują się dwa otwory.

Jeden otwór znajduje się w osi zaworu, a drugi w dolnej części kuli po przeciwnej stronie dźwigni. Dodatkowy otwór znajduje się również w korpusie. W pozycji otwartej występuje normalny przepływ przez zawór. W momencie zamknięcia takiego zaworu z jednej strony odcina się dopływ powietrza do instalacji za zaworem. Powietrze, które znajduje się za zaworem uchodzi do atmosfery poprzez otwór w kuli oraz korpusie i odpowietrza układ. Zawory te są jednym z podstawowych elementów bezpiecznej pneumatyki. Bardzo często są wyposażane w dźwignię z blokadą na kłódkę, co zabezpiecza zawór przed niepowołanym otwarciem. Takie zawory wchodzą w skład systemów LOTO i są często wykorzystywane przez służby utrzymania ruchu. Przykładem takich zaworów są zawory AIRY LOCK lub w wersji ze stali nierdzewnej seria EQ 396.

Rodzaje i montaż zaworów przelotowych

Ze względu na rodzaj przyłącza możemy podzielić zawory kulowe na gwintowane, kołnierzowe oraz do wspawania.

Najpopularniejszym rodzajem przyłącza jest gwint. W zaworach gwintowanych na gwintowaną rurę nakręcamy zawór. Rozróżniamy trzy najpopularniejsze typy gwintów:

• BSP – standard brytyjski, najczęściej występujący na naszym rynku, oznaczany w calach np. ¼”.

• NPT – standard amerykański, który oznaczony będzie tak samo ¼”, ale przez inny skok i zarys gwintu nie ma możliwości połączenia dwóch różnych standardów (BSP i NPT) razem.

• Gwinty metryczne np. M20 x1,5 najczęściej występujące w zaworach do hydrauliki siłowej, w wersji gwintu zewnętrznego.

Kolejnym rodzajem przyłącza jest kołnierz. Do takiego połączenia potrzebne są rury zakończone kołnierzami, do których za pomocą śrub przykręca się zawór. Pomiędzy zaworem a kołnierzem rury umieszcza się odpowiednią do danego medium uszczelkę.

Ostatnią grupą są zawory do wspawania, gdzie konieczne jest użycie spawarki - urządzenia, które stopi jedną i drugą powierzchnię i na stałe połączy je z rurociągiem.

Zawór kulowy ręczny może być montowany dowolnie – w pionie, poziomie, pod kątem, do góry nogami itp. Podobnie jest przy zaworach kulowych sterowanych poprzez siłownik pneumatyczny (do góry, pod skosem itp.). Ograniczenia występują przy sterowaniu elektrycznym, ponieważ napędy powinny pracować z siłownikiem skierowanym do góry. Możliwe jest również skierowaniei napędu w bok, jednak niedopuszczalny jest montaż z napędem elektrycznym skierowanym w dół. Elementy, które w nim pracują przy takim położeniu mogą się przesunąć i napęd nie będzie pracował prawidłowo.

Innym rodzajem zaworów kulowych są zawory wielodrogowe, w których zmienia się kierunek przepływu medium (np. w zaworze trójdrożnym z kulą L, gdzie występuje jedno zasilanie i w jednym położeniu medium płynie w prawą stronę zaworu, a po przesterowaniu zasilające zawór medium przepływa przez lewą stronę zaworu). W przypadku zaworu kulowego trzydrogowego z kulą T jest więcej możliwości połączeń dróg łącznie z mieszaniem medium. Można uzyskać dwa zasilania i jedno wyjście. W jednym położeniu takiego zaworu media będą się łączyły na trzeciej drodze, a po przesterowaniu możemy kierować na trzecią drogę tylko jedno z dwóch mediów.

Ze względu na położenie przyłączy zaworu do jego dźwigni możemy rozróżnić zawory wertykalne i horyzontalne. Zawory wertykalne jak np. seria 6700 Ghilux podczas przestawiana dźwigni nie miesza mediów podłączonych do zaworu – dźwignia zaworu występuje w tej samej płaszczyźnie co przyłącza. Natomiast w zaworach horyzontalnych np. TRIFLUX podczas przesterowania dźwigni dochodzi o mieszania/przepływu między sobą mediów podłączonych do przyłączy zaworu. Takie zawory nazywamy również mieszającymi. Zawory wertykalne natomiast określamy jako niemieszające.

W przypadku zaworów gwintowanych rzadko występuje informacja o normie opisującej ich długość zabudowy. Dużo częściej długość zabudowy jest istotna i podawana w przypadku zaworów kołnierzowych. Opisuje je norma EN558 i serie znajdujące się w tej normie:

Część zaworów występujących na rynku nie spełnia żadnej normy dotyczącej długości zaworów, dlatego podczas ewentualnej awarii takich zaworów zamiana ich na inne może być problematyczna.

Dobór zaworów kulowych

Każdy „projekt zaworowy”, nie tylko dotyczący zaworów kulowych, powinno się zacząć od medium, a więc określenia jaka substancja przez ten zawór będzie przepływała (czy to będzie powietrze, woda, piasek, węgiel czy inne medium). Czynnik, z jakim będziemy pracować oraz związane z nim otoczenie/warunki pracy determinują dobór elementu armatury zaworowej. Przy gazach i cieczach dobrym wyborem są zawory kulowe. Przy mediach stałych preferowane są przepustnice lub zasuwy nożowe.

Jeżeli medium to gaz lub ciecz, należy zwrócić uwagę także na ciśnienie, z jakim medium będzie przepływało przez zawór. Następnym istotnym parametrem będzie temperatura. Dla przykładu, jeśli medium jest ciekłe lub gazowe oraz agresywne, to korpus zaworu powinien być ze stali nierdzewnej, kwasoodpornej. Jeżeli ciśnienie jest niskie tj. 10-16 bar, istnieje szeroki wybór produktów do zastosowania z takim medium. Jeśli z kolei ciśnienie jest bardzo wysokie (kilkaset bar), wówczas należy dobrać zawór kulowy wysokociśnieniowy. Jeżelii medium jest wysokotemperaturowe jak np. para wodna, należy zastosować uszczelnienie dedykowane do zastosowań wysokotemperaturowych. Ważne jest również środowisko pracy – zawory mogą byc stosowane w pomieszczeniu (w hali lub pod dachem) lub na zewnątrz. Należy wziąć także pod uwagę czy będą narażone na niskie lub wysokie temperatury. Przy zadaszonej przestrzeni i temperaturze pokojowej (20°C)  dobór jest szeroki. W przypadku zastosowań na zewnątrz, przy braku osłony, gdy na zawory działają czynniki zewnętrzne, stosowanie armatury ze stali węglowej wymaga jej specjalnego zabezpieczenie np. przez malowanie lub cynkowanie. Lepszym rozwiązaniem w takim przypadku będą zawory ze stali nierdzewnej lub wersje mosiężne.

Zalety zaworów kulowych

Powszechność użycia, standaryzacja rynkowa, stosunkowo niewielki koszt oraz prosta budowa i obsługa to tylko część zalet zaworów kulowych. Dużym atutem kurków kulowych od Pneumat. jest dostępność z magazynu w 24 godziny od złożenia zamówienia. Zawory kulowe cechują się również wysoką szczelnością i długą żywotnością dzięki zastosowaniu na uszczelnienia materiałów o dobrych właściwościach smarnych. Teflon, który jest podstawowym uszczelnieniem w zaworach kulowych ma bardzo dobre właściwości tribologiczne, a w samych zaworach nie występuje tarcie dwóch metalowych powierzchni (jak w starszych typach zaworów). Przykładowo w zaworze grzybkowym podczas otwierania lub zamykania na trzpieniu następowało tarcie dwóch metalowych powierzchni, przez co się wycierały. Skutkowało to wyciekami medium. W zaworach kulowych jest to znacznie mniej prawdopodobne.

Posiadamy szeroką ofertę armatury przemysłowej zamykającej. Jako podstawowe zawory do wody i powietrza polecamy serię ECONO naszego włoskiego dostawcy. Posiadamy kilkanaście modeli zaworów z mosiądzu. Są to m.in. mini zawory serii Ghilux, podstawowa seria Econo do 25 Bar, zawory klasy premium – seria TOTAL do 100 Bar. Ostatni z wymienionych to wyjątkowy zawór kulowy, który posiada dławicę z systemem DSS4. Używany jest w instalacjach podciśnienia, w instalacji w myjniach samochodowych wysokociśnieniowych, a nawet w specjalnej wersji do tlenu.

Serią zaworów nierdzewnych godną polecenia jest nasza seria Flowmatik. Charakteryzuje się korzystnymi wartościami parametrów oraz stosunkowo niską ceną. Przy wymagających aplikacjach polecany jest zawór kulowy serii SELENE – kołnierzówka o umiarkowanej długości zabudowy. Zawór kulowy SELENE jest łatwo rozbieralny (rozkręcany za pomocą kluczy imbusowych), ma dostępne części zamienne (uszczelnienia, kula, trzpień) oraz jest prosty w czyszczeniu. Posiada (podobnie jak Total) rozbudowany system dławicy DSS4. Znajduje zastosowanie w wielu aplikacjach ze względu na dostępność w różnych materiałach uszczelnień. Nada się do mediów wysokotemperaturowych, jak i wysokociśnieniowych, gdyż może pracować nawet do 100 bar. Przy uszczelnieniu, gdzie teflon jest wzmocniony węglografitem może pracować z temperaturą nawet do 200°C dla pary. Seria Selene jest konfigurowana pod wymagania danej aplikacji, na zamówienie klienta.