Valvole a farfalla idrauliche Vengono utilizzate in settori industriali in cui è richiesto un azionamento a quarto di giro con coppia elevata. Le valvole sono impiegate principalmente nella produzione di energia, nell'industria petrolchimica, nel settore HVAC e nelle reti antincendio, a causa di vincoli di spazio o di costo.
Sono utili in questi settori con linee di grande diametro per il controllo e l'isolamento rapidi dei liquidi.
Questo articolo illustra il funzionamento delle valvole a farfalla idrauliche, i loro parametri prestazionali e i motivi per cui gli ingegneri le scelgono per il controllo di flussi critici.
Che cos'è una valvola a farfalla a comando idraulico?
La valvola a farfalla a comando idraulico è un tipo di valvola che utilizza la pressione idraulica per funzionare. Può ruotare di un quarto di giro. Questa valvola è montata su una tubazione.
L'azionamento della valvola è fornito da un cilindro idraulico o da un attuatore a palette. Questo genera una coppia molto più elevata rispetto alla coppia prodotta dai motori elettrici.
Il corpo della valvola è in genere realizzato in acciaio fuso, ghisa sferoidale o acciaio inossidabile. Questi materiali sono in grado di resistere ad alte pressioni, temperature e fluidi corrosivi.
Principio di funzionamento del sistema di attuazione idraulica
IL attuatore idraulico Il sistema si basa su un semplice principio di funzionamento a pressione. L'olio idraulico viene pompato nel cilindro e agisce sul pistone. Il pistone, tramite un meccanismo a manovella o a ingranaggi, trasforma il movimento lineare in movimento rotatorio. Di conseguenza, la rotazione dello stelo della valvola fa ruotare il disco a farfalla.
Gli ingegneri possono scegliere tra due configurazioni principali:
- Doppia azioneLa pressione idraulica controlla sia l'apertura che la chiusura. Ciò garantisce un posizionamento preciso e ripetibile a tutte le angolazioni.
- Ritorno primaverileUna molla mantiene la valvola in una posizione. La pressione idraulica la sposta nella direzione opposta. In caso di interruzione dell'alimentazione idraulica, la molla riporta la valvola in una posizione di sicurezza.
Un'unità di potenza idraulica (HPU) fornisce la pressione dell'olio. Essa comprende una pompa, un serbatoio dell'olio, valvole di controllo e dispositivi di sicurezza per la sovrapressione.
L'HPU può essere montato localmente o collegato da remoto tramite linee di controllo. Ciò supporta completamente automazione industriale integrazione con PLC e sistemi SCADA.
Principali vantaggi rispetto agli attuatori elettrici e pneumatici
Il motivo principale per cui gli ingegneri scelgono l'attuazione idraulica è la coppia. Questo tipo di attuatore è in grado di generare una forza elevata anche in un alloggiamento compatto.
Ciò è più importante con grande valvola a farfalla dimensioni. Una valvola DN1200 o DN2000 in un'uscita di una stazione di pompaggio richiede una coppia enorme per funzionare contro un'elevata pressione di flusso.
Ecco i cinque vantaggi pratici che gli ingegneri apprezzano:
- elevata coppia in uscitaI sistemi idraulici producono valori di coppia che gli attuatori elettrici di pari dimensioni non sono in grado di eguagliare.
- Controllo preciso del flussoL'olio idraulico non si comprime. Ciò garantisce al disco una posizione stabile e fissa a qualsiasi angolazione, comprese le impostazioni di apertura parziale per la regolazione del flusso.
- Risposta rapidaLe variazioni di pressione nell'olio idraulico si propagano ad alta velocità. La valvola si apre o si chiude in pochi secondi quando la protezione del sistema lo richiede.
- Sicuro in aree pericolose: Il sistema idraulico non utilizza energia elettrica nell'attuatore. Ciò consente di impiegarlo in ambienti esplosivi come un impianto petrolchimico.
- Lunga durata di servizio: I pistoni e le guarnizioni dei motori idraulici hanno generalmente una durata maggiore rispetto agli avvolgimenti dei motori elettrici.
La tabella seguente confronta i diversi tipi di attuatori:
Tabella comparativa degli attuatori
| Caratteristica | Idraulico | Elettrico | Pneumatico |
|---|---|---|---|
| Uscita di coppia | Molto alto | Moderare | Moderare |
| Velocità di risposta | Veloce | Da lento a moderato | Veloce |
| Dimensioni del tubo adatte | Grande diametro | Da piccolo a medio | Da piccolo a medio |
| Sicuro per aree pericolose | Sì (senza scintille) | Limitato | SÌ |
| Controllo di precisione | Alto | Alto | Moderare |
| Opzione di sicurezza | Ritorno primaverile | Ritorno primaverile | Ritorno primaverile |
| Necessità di manutenzione | Moderare | Basso | Basso |
Applicazioni industriali della valvola a farfalla a controllo idraulico
Le valvole a farfalla a controllo idraulico trovano impiego in settori industriali in cui le condotte sono di grandi dimensioni, le pressioni sono elevate o la chiusura di emergenza deve essere rapida.
Stazioni di pompaggio e sistemi di approvvigionamento idrico
UN attuatore idraulico Si trova nelle stazioni di pompaggio municipali dove grandi volumi d'acqua al giorno scorrono attraverso tubature da DN600 a DN2000.
Le valvole di uscita devono aprirsi lentamente per evitare picchi di pressione e chiudersi rapidamente in caso di arresto improvviso delle pompe. L'attuatore fornisce un movimento controllato a due velocità: apertura lenta e chiusura rapida di emergenza per consentire che ciò avvenga.
Ciò protegge i raccordi delle tubature, le apparecchiature a valle e il corpo della pompa dai danni causati dal colpo d'ariete.
Conservazione delle risorse idriche e centrali idroelettriche
Le strutture di captazione idroelettrica utilizzano valvole a farfalla come valvole di intercettazione primarie sulle condotte forzate.
Queste condotte operano a dislivelli compresi tra 50 e oltre 200 metri. La valvola deve resistere alla pressione statica massima quando la turbina è spenta.
Durante l'avvio della turbina, gli ingegneri aprono innanzitutto una piccola valvola di bypass per equalizzare la pressione sul disco. Successivamente, la valvola a farfalla principale, a controllo idraulico, si apre completamente.
La chiusura a due fasi è standard: una corsa iniziale rapida, seguita da una chiusura finale lenta e controllata per prevenire picchi di pressione.
Petrolchimico e oleodotti e gasdotti
Le condotte principali per il petrolio greggio, i sistemi di trasferimento del GPL e le tubazioni di processo delle raffinerie richiedono tutti valvole in grado di gestire gli idrocarburi in sicurezza.
Gli attuatori elettrici sono spesso esclusi dalle aree classificate di Zona 1 e Zona 2, a meno che non siano dotati di una protezione speciale.
Gli attuatori idraulici non presentano rischio di scintille a livello della valvola. Si integrano con unità idrauliche antideflagranti installate in aree sicure.
Le valvole di segmentazione automatizzate sulle condotte di grandi dimensioni utilizzano valvole idrauliche per un rapido isolamento in caso di rotture della condotta o durante la manutenzione programmata.
Impianti di depurazione delle acque reflue municipali
Nelle grandi strutture, le paratoie di ingresso delle condotte fognarie principali e le tubazioni per il trattamento dei fanghi raggiungono spesso diametri compresi tra DN800 e DN1600.
Queste condizioni di esercizio espongono le valvole a solidi abrasivi, gas corrosivi e cicli di apertura e chiusura frequenti.
Le valvole con corpo in ghisa o ghisa sferoidale e guarnizioni di tenuta in EPDM o NBR si comportano bene in questo ambiente.
L'azionamento idraulico fornisce la coppia necessaria per aderire ai solidi senza sovraccaricare l'attuatore.
Sistemi di generazione di energia e di raffreddamento ad acqua
Nelle centrali termoelettriche e nucleari circolano notevoli quantità di acqua di raffreddamento attraverso le valvole di ingresso e di uscita del condensatore.
Sebbene il funzionamento di queste valvole possa non essere frequente, la loro chiusura durante le operazioni di arresto di emergenza è un requisito imprescindibile.
Ciò può essere realizzato con attuatori idraulici a ritorno a molla.
Scenario di progetto: Ammodernamento della stazione di pompaggio per un'azienda idrica comunale
Ecco un esempio di come TG Valve affronta un requisito di progetto complesso offrendo un pacchetto completo di attuazione idraulica.
Problema:
Un ente idrico regionale aveva la necessità di ammodernare cinque stazioni di pompaggio ad alta prevalenza che alimentavano una condotta di trasmissione DN1400. Ogni stazione richiedeva nuove valvole di isolamento in uscita in grado di resistere a una pressione di esercizio di 2,5 MPa e a una coppia di svitamento di 1,8 MNm. L'ente necessitava inoltre di un sistema di controllo automatico di apertura/chiusura integrato con il proprio sistema SCADA.
Risoluzione:
Il team di ingegneri di TG Valve ha analizzato i dati di flusso, la geometria delle tubazioni e l'architettura di controllo. Il team ha raccomandato valvole a farfalla a doppia flangia DN1400 in ghisa sferoidale con dischi in acciaio inossidabile e sedi in EPDM.
Ciascuna valvola era abbinata a un attuatore a cilindro idraulico a doppio effetto, a un pannello HPU locale e a un trasmettitore di posizione 4-20 mA per il feedback SCADA. I pannelli HPU includevano un accumulatore per consentire tre cicli completi di apertura e chiusura durante un'interruzione di corrente.
TG Valve si è occupata del dimensionamento delle valvole, del calcolo della coppia dell'attuatore, della specifica dell'unità idraulica e del supporto all'installazione in loco.
Dimensioni della flangia: ANSI B16.5A
Risultato:
Le cinque stazioni sono entrate in funzione nei tempi previsti dal progetto. Gli operatori ora aprono e chiudono ciascuna valvola dalla postazione di lavoro SCADA centrale in meno di 30 secondi.
Gli episodi di colpo d'ariete che avevano danneggiato le valvole precedenti non si sono più verificati da quando sono state messe in funzione.
Conclusione
Valvole a farfalla idrauliche Sono specificate per stazioni di pompaggio, prese idroelettriche e infrastrutture petrolchimiche dove sono obbligatori un'elevata coppia di spunto e un funzionamento a prova di guasto. Questo tipo di valvola deve essere utilizzato ogniqualvolta un guasto al controllo del flusso sia critico.
Rispetto alle alternative elettriche o pneumatiche, l'azionamento idraulico offre rapporti coppia-dimensioni superiori, tempi di risposta più rapidi e un posizionamento preciso.
TG Valve produce valvole di grande diametro, valvola ad alta coppia Progettiamo e realizziamo soluzioni complete di attuazione idraulica. Utilizziamo macchine CNC a cinque assi per mantenere una tolleranza di ±0,01 mm e una finitura Ra0,4. Questo garantisce una tenuta a prova di perdite e prestazioni ottimali della valvola anche in condizioni di alta pressione e cicli di lavoro intensi.
Tutte le valvole sono progettate e testate in conformità agli standard AWWA C504 o API 609 per il controllo del flusso di grande diametro.
