Дроссельные клапаны из ПВХ широко используются в системах водоочистки, ирригации, химической обработки и систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, поскольку они легкие, устойчивые к коррозии и экономичные. Однако, выбирая эти клапаны для промышленного применения, инженеры и отделы снабжения часто задаются вопросом: могут ли дисковые затворы из ПВХ выдерживать высокое давление и температуру? В этой статье представлена ​​практическая техническая оценка возможностей дроссельных заслонок из ПВХ, ограничений, вариантов материалов и седел, рекомендации по установке и испытаниям, а также рекомендации по выбору, которые помогут вам выбрать правильный клапан для вашей системы.

Свойства материала ПВХ, связанные с давлением и температурой

Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой термопластичный полимер с превосходной химической стойкостью ко многим кислотам, солям и щелочам, а также с низкой стоимостью и простотой изготовления. Его механическая прочность и жесткость достаточны для работы при умеренном давлении и температуре окружающей среды. Однако модуль ПВХ и предел текучести снижаются с повышением температуры, и материал становится более пластичным по мере приближения к диапазонам стеклования и размягчения. Следовательно, сам материал накладывает первый набор ограничений на допустимое давление и температуру.

Ключевые характеристики материала

При повышенных температурах ПВХ испытывает снижение прочности на разрыв и повышенную ползучесть при длительной нагрузке. Длительное воздействие температур, близких к максимальной номинальной температуре трубы/клапана или превышающей ее, ускоряет изменение размеров и может привести к деформации уплотнений и крепежных деталей. Воздействие ультрафиолета и некоторых растворителей приведет к дальнейшему ухудшению механических свойств, если они не будут должным образом защищены.

Стандартные номинальные значения давления и температуры

Большинство имеющихся в продаже дроссельных заслонок из ПВХ предназначены для систем с низким и средним давлением. Типичные значения давления (при 20 °C / 68 °F) варьируются от PN6 до эквивалентов PN16 (приблизительно 6–16 бар или 90–232 фунтов на квадратный дюйм) для специальных ПВХ-смесей и конструкций клапанов. Однако эти цифры сильно зависят от размера клапана, конструкции диска, усиления и испытаний производителя. Температурные характеристики обычно консервативны: стандартные клапаны из ПВХ обычно рассчитаны на температуру до 60 ° C (140 ° F) для кратковременного использования с рекомендуемым пределом непрерывной эксплуатации около 40–50 ° C (104–122 ° F).

Почему рейтинги различаются

Различные составы ПВХ (НПВХ и ХПВХ), конструкции корпуса клапана (усиленные ребра, более толстые стенки) и материалы седла приводят к разным допустимым рабочим давлениям и температурам. ХПВХ (хлорированный ПВХ) обеспечивает более высокую термостойкость, чем стандартный ПВХ, и иногда используется там, где температура приближается к верхним пределам эксплуатации ПВХ.

Материалы седла и уплотнения: их влияние на температурные пределы

Материалы седла клапана и уплотнения часто контролируют истинный предел рабочей температуры в большей степени, чем корпус из термопласта. Обычные материалы седел включают EPDM, NBR (Buna-N), FKM (витон), PTFE (тефлон) и термопластичные эластомеры. Каждый из них имеет свой приемлемый температурный диапазон и профиль химической совместимости.

• EPDM: подходит для горячей воды и многих химикатов; типичная непрерывная работа при температуре до 120 °C в течение короткого времени, но обычно ограничивается корпусом из ПВХ.
• NBR (Buna-N): Хорошая маслостойкость; как правило, более низкая термостойкость - практическое использование до ~ 80 ° C в зависимости от воздействия.
• FKM (Витон): Высокотемпературный эластомер, полезный, когда требуются более высокие температуры — часто ограничивающим фактором становится корпус из ПВХ, а не седло.
• ПТФЭ: отличная химическая и температурная стойкость; в сочетании с корпусами из ХПВХ седла из ПТФЭ расширяют возможности использования при более высоких температурах, однако необходимо проверить характеристики механического уплотнения.

Варианты конструкции и их влияние на выдерживание давления

Поворотные затворы изготавливаются в пластинчатом, проушинном и двухфланцевом исполнении. Усиление конструкции, материалы диска (ПВХ, металл с ПВХ-покрытием или металл), конструкция вала и подшипниковые узлы влияют на устойчивость к давлению и долговечность.

Вафля против наконечника против двухфланцевого

вафельный стиль Дроссельные клапаны из ПВХ легкие и экономичные, но для фиксации используются окружающие фланцевые болты, и они менее прочны при высоких перепадах давления. Клапаны с проушинами имеют резьбовые вставки, позволяющие изолировать выходную часть при отвинчивании с одной стороны, что повышает удобство обслуживания. Двухфланцевые конструкции (редко из чистого ПВХ) или клапаны с усиленным корпусом повышают механическую стабильность и могут выдерживать более высокие нагрузки давления, если они оснащены более толстыми стенками или металлическими вставками.

Практические пределы температуры и давления — чего ожидать

В большинстве практических промышленных применений ожидайте следующих консервативных рекомендаций, если производитель не указывает иное:

• Безопасная постоянная температура: 0–40 °C (32–104 °F) для стандартных клапанов из ПВХ, находящихся в непрерывной эксплуатации.
• Прерывистое кратковременное воздействие: допускается температура до 60 °C (140 °F) в зависимости от материала седла и давления.
• Типичная допустимое давление: до PN10–PN16 для меньших размеров при температуре окружающей среды для усиленных конструкций; большие диаметры часто имеют более низкое допустимое давление.

Это общие рекомендации — всегда обращайтесь к кривым давления и температуры (P-T), указанным производителем. Кривые P-T показывают допустимое рабочее давление при повышении температуры и являются единственным наиболее важным документом при оценке пригодности клапана.

Установка, снижение номинальных характеристик и системные соображения

Даже если номинальный номинал клапана кажется удовлетворительным, консервативное снижение номинальных характеристик является хорошей инженерной практикой. Учитывайте скачки давления, тепловое расширение и временные источники тепла. Примите во внимание следующие меры предосторожности при эксплуатации:

• Уменьшите допустимое давление при повышении температуры в соответствии с кривой P-T поставщика.
• Обеспечьте защиту от перенапряжения на входе или приводы с медленным закрытием, чтобы свести к минимуму риск гидравлического удара, который может превысить кратковременное расчетное давление.
• Избегайте размещения клапанов под прямыми солнечными лучами или вблизи источников тепла, если не предусмотрена тепловая защита; УФ-стабилизаторы в ПВХ помогают, но не заменяют механическое снижение характеристик.

Тестирование, сертификация и валидация

Запросите отчеты о заводских испытаниях, включая гидростатические испытания корпуса и седла, циклические испытания на долговечность и сертификаты на материалы. Обратите внимание на соответствие применимым стандартам для пластиковых клапанов, таким как ISO 9393/ISO 14313 (где применимо), соображениям ANSI/ASME B16.34 для деталей, работающих под давлением, а также номинальным характеристикам производителя. Для ограниченных применений рекомендуется провести полевые испытания и пилотную установку в реальных условиях жидкости и температуры.

Техническое обслуживание и устранение неисправностей в повышенных условиях

При более высоких температурах и давлениях следите за ускоренным износом седла, ослаблением вала, ползучей деформацией или утечками вокруг уплотнений. Установите график проверок с учетом часов работы и тепловых циклов. Сохраняйте запасные части часто изнашиваемых деталей (седла, уплотнительные кольца, подшипники вала) и документируйте любое отклонение крутящего момента при работе как раннее предупреждение о деградации.

Руководство по быстрому выбору

Используйте следующий практический контрольный список при оценке того, подходит ли дроссельный клапан из ПВХ для работы при высоком давлении или высокой температуре:

• Получите кривую P-T производителя для точной модели и размера клапана.
• Убедитесь в совместимости материала седла с жидкостью и температурой.
• Оцените переходное давление и при необходимости определите защиту от скачков напряжения.
• Рассмотрите возможность использования ХПВХ или альтернативных материалов (металлический корпус или клапаны с футеровкой), если температура превышает безопасный диапазон ПВХ.
• Запланируйте консервативное снижение номинальных характеристик и плановые проверки.

Когда выбирать альтернативы

Если в вашем приложении регулярно наблюдаются температуры выше 60–80 °C, частые переходные процессы высокого давления или агрессивные среды, вызывающие раздражение ПВХ, рассмотрите альтернативы: металлические дроссельные заслонки с коррозионностойкой футеровкой, клапаны из нержавеющей стали или высокопроизводительные пластмассы, такие как ПВДФ, для более высокой температуры и химической устойчивости. Эти альтернативы требуют более высоких первоначальных затрат, но снижают риск и затраты на техническое обслуживание при требовательном обслуживании.

Заключение

Поворотные затворы из ПВХ — надежный и экономичный выбор для многих применений при умеренном давлении и температуре окружающей среды. Как правило, они не являются лучшим выбором для длительной работы при высоких температурах или очень высоком давлении без специальных материалов или модификаций конструкции. Всегда сверяйтесь с кривыми P-T производителя, выбирайте совместимые материалы седел, снижайте номинальные характеристики с учетом теплового воздействия, а также обеспечивайте защиту от перенапряжений и протоколы проверок. Если ваши обязанности невелики, разумными шагами для обеспечения безопасной и долгосрочной эксплуатации являются пилотные испытания или выбор материала с более высокими эксплуатационными характеристиками.