Przepustnica czy zawór kulowy? Dobór dla dużych średnic nominalnych

Kryteria doboru dla dużych średnic nominalnych

Poza samą średnicą nominalną kilka wielkości eksploatacyjnych określa, która armatura jest w danym przypadku właściwa. Dla wiarygodnej decyzji należy systematycznie sprawdzić następujące punkty.

1. Funkcja: odcinanie lub regulacja

Jeśli chodzi wyłącznie o czyste odcinanie otwórz/zamknij, obie odmiany konstrukcyjne są odpowiednie. Jeśli strumień objętości musi być dławiony lub zgrubnie regulowany, przepustnica wykorzystuje swoją mocną stronę: jej charakterystyka pozwala na użyteczne dławienie w szerokim zakresie otwarcia. Zawór kulowy jest zaprojektowany jako czysta armatura odcinająca i nadaje się do trwałego dławienia przy częściowym otwarciu tylko w ograniczonym zakresie, ponieważ pierścienie gniazda i kula w położeniu pośrednim zużywają się silniej.

2. Szczelność i medium

Tam, gdzie wymagane jest bezpieczne, długoterminowe odcięcie bez pęcherzy – na przykład przy mediach niebezpiecznych lub wartościowych – zawór kulowy z otaczającymi pierścieniami gniazda oferuje przewagi. Dla wody, ścieków, wody basenowej i wielu mediów procesowych w dużych przewodach przepustnica z odpowiednią wykładziną osiąga również szczelność wystarczającą dla zastosowania. Odporność chemiczną wykładziny wzgl. pierścieni gniazda na medium należy sprawdzić w obu przypadkach.

3. Spadek ciśnienia i przepływ

W stanie otwartym zawór kulowy o pełnym przelocie ma najniższy spadek ciśnienia, ponieważ przelot jest swobodny. W przepustnicy tarcza pozostaje w drodze przepływu i powoduje trwały, choć zwykle niewielki, resztkowy spadek ciśnienia. Przy bardzo długich przewodach lub zastosowaniach wrażliwych energetycznie różnica ta może stać się istotna i należy ją ocenić na podstawie współczynnika Kv danej armatury.

4. Masa, przestrzeń zabudowy i statyka

Przy dużych średnicach nominalnych masa jest wymiernym argumentem: zawór kulowy staje się ciężki, wymaga więcej przestrzeni zabudowy w przewodzie i mocniej obciąża zamocowanie rury. Krótka, lekka przepustnica znacznie upraszcza montaż, podparcie i późniejszą konserwację.

5. Automatyzacja i moment uruchamiania

Wymagany moment obrotowy przy zaworze kulowym silnie wzrasta wraz ze średnicą nominalną, co wymaga większych i droższych napędów. Przepustnice wymagają przy tej samej średnicy nominalnej zwykle mniejszych napędów i dają się dzięki temu bardziej ekonomicznie automatyzować pneumatycznie lub elektrycznie – ważny czynnik w dużych, zautomatyzowanych instalacjach procesowych.

6. Stopień ciśnienia, temperatura i materiał

Obie armatury dostępne są w popularnych tworzywach sztucznych, takich jak PVC-U, PVC-C, PP i PVDF. Dopuszczalny stopień ciśnienia (PN) tworzyw termoplastycznych spada wraz ze wzrostem temperatury – decydująca jest zawsze specyficzna dla materiału i typu zależność ciśnienie-temperatura z karty danych producenta. Materiał korpusu należy dobrać według odporności chemicznej na medium i zakresu temperatury, materiały uszczelniające (pierścień gniazda wzgl. wykładzina) niezależnie od tego.

Materiały i normy w armaturach z tworzywa sztucznego

Przy doborze materiału dla przepustnicy i zaworu kulowego obowiązują te same zasady co dla innych armatur z tworzywa sztucznego. Materiał korpusu wzgl. kuli określa odporność chemiczną i temperaturową, materiał uszczelniający ją uzupełnia:

• PVC-U: standard w technice wodnej i ściekowej, dobra odporność na wiele kwasów, ługów i roztworów soli, ograniczone zastosowanie temperaturowe (z reguły do ok. 60 °C).
• PVC-C: chemia zbliżona do PVC-U, jednak wyższa odporność temperaturowa.
• PP (polipropylen): dobra odporność na ługi i wiele mediów organicznych, wyższy zakres temperatur.
• PVDF: wysoka odporność chemiczna na agresywne kwasy, halogeny i rozpuszczalniki, do wymagających zastosowań chemicznych i z mediami wysokiej czystości.

Jako materiały gniazd wzgl. wykładzin, w zależności od medium, stosuje się EPDM (woda, rozcieńczone kwasy i ługi), FPM/FKM (oleje, wiele agresywnych mediów) lub PTFE (niemal uniwersalna odporność, zwłaszcza w zaworach kulowych). Odporność należy zawsze sprawdzać dla kombinacji medium, stężenia i temperatury – para materiałów odporna w temperaturze pokojowej może zawieść przy podwyższonej temperaturze.

W zakresie wymiarów przyłączy przepustnice i zawory kulowe z tworzywa sztucznego opierają się na ustalonych normach kołnierzy. Przyłącza kołnierzowe zazwyczaj odpowiadają wzorom otworów według DIN EN 1092 wzgl. podziałowi na stopnie ciśnienia według systemu PN (np. PN 6, PN 10, PN 16). Rzeczywiście dopuszczalny stopień ciśnienia danej armatury z tworzywa sztucznego wynika z diagramu ciśnienie-temperatura producenta i jest ciśnieniem obliczeniowym – nie samym oznaczeniem kołnierza.

Typowe błędy przy doborze dla dużych przewodów

• Zawór kulowy mimo dużej średnicy nominalnej: z przyzwyczajenia wybiera się zawór kulowy nawet przy DN 150 lub DN 200 – z niepotrzebnie wysoką masą, przestrzenią zabudowy, nakładem na napęd i kosztami. Od zakresu przejściowego niemal zawsze opłaca się sprawdzić przepustnicę.
• Przepustnica przeciążona do precyzyjnej regulacji: do precyzyjnego dozowania w małym zakresie otwarcia przepustnica nadaje się tylko w ograniczonym zakresie; tutaj lepszym wyborem są armatury regulacyjne z odpowiednią charakterystyką.
• Materiał uszczelniający niedopasowany do medium: wykładzina lub pierścień gniazda nie są sprawdzane pod kątem medium i temperatury – skutkiem są nieszczelności i przedwczesna awaria uszczelnienia.
• Zignorowane granice ciśnienie-temperatura: nominalny stopień ciśnienia armatur z tworzywa sztucznego nie obowiązuje w całym zakresie temperatur; dopuszczalne ciśnienie spada wraz ze wzrostem temperatury.
• Zaniżony napęd: zwłaszcza przy zaworze kulowym niedoszacowany jest silnie rosnący ze średnicą nominalną moment obrotowy, przez co napęd nie przełącza armatury w sposób bezpieczny.
• Błędnie zaplanowany montaż przepustnicy wafer: przepustnice międzykołnierzowe wymagają odpowiedniego odstępu kołnierzy i tarcza przy otwieraniu nie może uderzać o wewnętrzną ścianę rury lub kołnierz przeciwny; należy to uwzględnić w planowaniu montażu.

Obszary zastosowań w skrócie

W praktyce obie armatury uzupełniają się wzdłuż średnicy nominalnej. Zawory kulowe dominują w małych i średnich przewodach, rozdzielaczach, punktach dozowania i pobierania próbek oraz w zastosowaniach o najwyższych wymaganiach szczelności i częstym trybie przełączania. Przepustnice są standardową armaturą dla dużych średnic nominalnych w technice wodnej i ściekowej, technice basenowej i pool, technice procesów chemicznych oraz wszędzie tam, gdzie wymagane jest odcinanie lub dławienie dużych strumieni objętości przy niskiej masie i ekonomicznej automatyzacji.

Podsumowanie

Czy przepustnica czy zawór kulowy – przy armaturach z tworzywa sztucznego kierunek wyznacza średnica nominalna. W zakresie małym i średnim zawór kulowy przekonuje pełnym przelotem, wysoką szczelnością i prostym trybem przełączania. Wraz ze wzrostem średnicy przewagi się odwracają: od zakresu przejściowego wokół DN 65 do DN 100, a tym bardziej powyżej, przepustnica jest lżejsza, krótsza, tańsza i łatwiejsza do automatyzacji. Kto systematycznie sprawdza funkcję (odcinanie lub regulacja), szczelność, spadek ciśnienia, masę, moment napędu oraz zależność ciśnienie-temperatura i odporność materiałową, dokonuje właściwego wyboru dla każdej średnicy nominalnej – i unika klasycznych błędów przy doborze armatur dla dużych przewodów z tworzywa sztucznego.

Najczęściej zadawane pytania

Od jakiej średnicy nominalnej przepustnica jest lepsza niż zawór kulowy?

Jako zasadę praktyczną w budowie rurociągów z tworzywa sztucznego przyjmuje się: do ok. DN 50 zawór kulowy jest zwykle pierwszym wyborem, między ok. DN 65 a DN 100 znajduje się zakres przejściowy, a od ok. DN 100 do DN 125 wzwyż wyraźnie preferowana jest przepustnica. Powodem jest silnie rosnąca ze średnicą nominalną masa, długość zabudowy, moment uruchamiania i koszty zaworu kulowego. Konkretna granica zależy od profilu eksploatacji i jest wartością orientacyjną, a nie sztywnym wymogiem normowym.

Jaka jest różnica między przepustnicą a zaworem kulowym?

W zaworze kulowym przepływ odcina przewiercona kula, która w pozycji otwartej udostępnia pełny, prosty przelot. W przepustnicy tarczowa klapa obraca się na wale o 90°; tarcza pozostaje w drodze przepływu także w stanie otwartym. Zawór kulowy jest bardzo szczelny i ma niski spadek ciśnienia, ale ma dłuższą i cięższą zabudowę; przepustnica ma bardzo krótką zabudowę, jest lekka, ekonomiczna przy dużych średnicach nominalnych i dobrze nadaje się do dławienia.

Czy przepustnicę można stosować do regulacji lub dławienia?

Tak, przepustnica (zawór dławiący) dobrze nadaje się do dławienia i zgrubnej regulacji strumieni objętości w szerokim zakresie otwarcia – to przewaga w stosunku do zaworu kulowego, który jest zaprojektowany jako czysta armatura odcinająca. Do precyzyjnego dozowania w małym zakresie otwarcia przepustnica nadaje się jednak tylko w ograniczonym zakresie; tutaj lepszym wyborem są specjalne armatury regulacyjne z odpowiednią charakterystyką.

Które tworzywo sztuczne nadaje się do przepustnicy i zaworu kulowego?

Obie armatury dostępne są w popularnych tworzywach termoplastycznych PVC-U, PVC-C, PP i PVDF. PVC-U jest standardem dla wody i ścieków, PVC-C i PP oferują wyższą odporność temperaturową, a PVDF jest pierwszym wyborem dla agresywnych kwasów, halogenów i rozpuszczalników. Materiał korpusu dobiera się według odporności chemicznej i zakresu temperatur, materiał uszczelniający (wykładzina wzgl. pierścień gniazda, np. EPDM, FPM/FKM lub PTFE) niezależnie od tego, na podstawie medium.

Dlaczego w dużych przewodach niemal zawsze montuje się przepustnicę?

Wraz ze wzrostem średnicy nominalnej masa kuli, masa całkowita, długość zabudowy, moment uruchamiania i koszty materiałowe zaworu kulowego rosną nieproporcjonalnie. Przepustnica natomiast ma bardzo krótką zabudowę, jest wyraźnie lżejsza, wymaga mniejszych napędów i jest bardziej ekonomiczna. Dlatego dominuje w dużych przewodach wodnych, ściekowych, basenowych i procesowych z tworzywa sztucznego, podczas gdy zawory kulowe pokrywają mniejszy zakres średnic nominalnych i zastosowania o najwyższych wymaganiach szczelności.

Powiązane poradniki

• Zawory zwrotne z tworzywa sztucznego: rodzaje budowy i zastosowania
• Zawory membranowe w technice procesowej i dozującej: budowa i wybór
• Zawory kulowe z tworzywa sztucznego: 2-drogowe kontra 3-drogowe w technice procesowej

← Wszystkie poradniki: Armatura & technika zaworowa