Zawory elektromagnetyczne

Informacje ogólne

Zawory elektromagnetyczne służą do odcinania lub sterowania przepływem mediów ciekłych i gazowych. Ze względów konstrukcyjnych i energetycznych indukowane w cewce elektrozaworu pole magnetyczne może wywołać tylko niewielką siłę mechaniczną. Z tego powodu, zawory bezpośredniego działania, w których siły działające na element sterujący przepływem pochodzą bezpośrednio od pola magnetycznego, są przeznaczone dla małych wartości przepływu lub ciśnienia. Zwykle zawór ze standardową cewką o mocy ok. 8 W może zamknąć przepływ medium pod ciśnieniem 10 bar (1 MPa), przy średnicy nominalnej (średnicy gniazda zaworu) 2 mm. Zawór z cewką tej samej mocy, o średnicy nominalnej 4 mm będzie pracował prawidłowo przy ciśnieniu tylko 2,5 bar. W zaworach przeznaczonych dla większych średnic i ciśnień roboczych, zawór elektromagnetyczny bezpośredniego działania wykorzystuje się do przesterowania zaworu głównego, w którym otwarcie i zamknięcie powodują siły hydrostatyczne. Oczywiście zawór taki stanowi integralną całość i określany jest mianem zaworu elektromagnetycznego serwowspomaganego. Ponieważ, jak stwierdzono wcześniej, w zaworach elektromagnetycznych siły działające na elementy wykonawcze są niewielkie, to są one wrażliwe na pracę z mediami lepkimi. Graniczna wartość lepkości, w większości zaworów nie przekracza 21 cSt. Bardzo istotną cechą zaworów elektromagnetycznych jest ich jednokierunkowość. Medium może płynąć przez zawór tylko w kierunku oznaczonym strzałką na schemacie zaworu. W żadnym wypadku nie wolno zamieniać podłączeń do zaworu.

Zawory elektromagnetyczne bezpośredniego działania

Charakteryzuje je krótki czas zadziałania, rzędu kilkunastu do kilkudziesięciu milisekund. Z tego powodu doskonale nadają się do układów dozowania ściśle określonych dawek albo odcinania gazów palnych. Posiadają także niewielką ilość części wewnętrznych, przez co są bardziej bezawaryjne niż zawory serwowspomagane. W standardowym zaworze z rdzeniem umieszczonym w osi cewki, nie ma żadnych uszczelnień, które narażone są na ścieranie. Rdzeń i tuleja wewnętrzna cewki są wykonane z materiałów wysokiej jakości i są pasowane bardzo luźno. Zawory tego typu produkowane przez Burkerta zwykle nie wymagają smarowania. Jeżeli jednak zanieczyszczenia stałe, zawarte w medium dostaną się pomiędzy rdzeń i tuleję wewnętrzną cewki, to mogą spowodować wadliwą pracę zaworu, a nawet zablokować zawór. Wady te prawie całkowicie wyeliminowano w zaworach ze zworą wahliwą i membraną oddzielającą np. typu 330 i 331. Medium wchodzi w nich w kontakt tylko z membraną i wnętrzem korpusu. Mają one nieznacznie mniejszą żywotność (ok. 3 mln cykli pracy) od zaworów z rdzeniem zanurzonym w medium żywotność (ok. 5 mln cykli) lecz prawdopodobieństwo awarii w tym okresie jest minimalne. Stąd zawory typu 330 i 331 posiadają jako jedne z nielicznych certyfikaty "morskie" (np. GL) i zalecane są szczególnie tam, gdzie przypadkowa awaria mogłaby spowodować duże straty lub narazić czyjeś zdrowie. Żywotność zaworów bezpośredniego działania jest znacznie większa niż zaworów serwowspomaganych i w przypadku niektórych konstrukcji przekracza 100 mln (!!!) cykli roboczych.

Zawory elektromagnetyczne serwowspomagane

Są stosowane tam, gdzie nie można zastosować zaworów bezpośredniego działania. Mają jednak wiele wad i warto zastanowić się nad innymi rozwiązaniami. Jedną z podstawowych niedogodności stwarza konieczność wywołania różnicy ciśnień, niezbędnej do wywołania sił hydrostatycznych. W danych technicznych można znaleźć informację typu: ciśnienie pracy 0,2 - 16 bar. Oznacza ona, że aby zawór zadziałał, niezbędna jest różnica ciśnień, co najmniej 0,2 bar. Jeżeli różnica ciśnień będzie mniejsza, zawór nie zadziała. Maksymalne ciśnienie pracy takiego zaworu wynosi 16 bar. Istnieją także zawory serwowspomagane, które nie wymagają różnicy ciśnień do zadziałania. Określa się je mianem zaworów serwowspomaganych z wymuszonym podnoszeniem elementu roboczego (membrany lub tłoka). Gdy istnieje różnica ciśnień, zawory te działają jak omawiane poprzednio. Gdy po obu stronach zaworu nie występuje różnica ciśnień, to element roboczy podnoszony jest przez rdzeń zaworu bezpośredniego działania za pośrednictwem układu elastycznego, tzn. umożliwiającego najpierw pełne otwarcie gniazda zaworu pilotującego (bezpośredniego działania). Istotny jest prawidłowy i przemyślany dobór zaworów z tej grupy. Firma Burkert rekomenduje wiele zaworów do typowych zastosowań. Wiele kłopotów może jednak sprawić dobrania zaworu do pracy w warunkach nietypowych. Przede wszystkim należy stwierdzić czy medium, którym będzie sterował zawór nie jest zbyt gęste (w większości przypadków max.21 cSt = 21 mm2/s). Przy wyborze zaworów należy również dobrać odpowiednio, średnicę nominalną. Bardzo często rurociągi technologiczne są przewymiarowane, tzn. średnica nominalna jest większa, niż wynika to z obliczeń uwzględniających opory liniowe i miejscowe. Dlatego dopuszczalne jest zwężenie w miejscu zamontowania zaworu, jeśli tak wyniknie z obliczeń. Dane techniczne każdego zaworu opisanego w tym katalogu, zawierają wartość współczynnika Kv. Jest to wielkość przepływu wyrażona w rn^/h, powodująca spadek ciśnienia na zaworze wynoszący 1 bar i mierzona przy ciśnieniu przed zaworem równym 6 bar. Wartość tego współczynnika należy traktować jako maksymalny przepływ, który może wystąpić w rurociągu. Z kolei, temperatury medium i otoczenia nie mogą przekraczać wartości podanych przez producenta. Firma Burkert podając parametry pracy, gwarantuje długotrwałą i bezawaryjną pracę, nawet przy stale utrzymujących się warunkach ekstremalnych. Nie wolno jednak, nawet minimalnie, przekraczać wartości dopuszczalnych, gdyż spowoduje to drastyczne obniżenie trwałości urządzenia lub nawet jego natychmiastowe zniszczenie. Jeżeli zawór ma pracować z medium nietypowym, którego producent nie wyszczególnił w danych katalogowych, to należy dobrać materiały, z których wykonany jest zawór. Najlepiej zwrócić się w tej sprawie do przedstawiciela technicznego. Należy również pamiętać, że przeciętna żywotność większości zaworów elektromagnetycznych serwowspomaganych wynosi kilkaset tysięcy cykli pracy. W porównaniu z bezpośredniego działania mają one jeszcze jedną wadę - długi czas zadziałania. W niektórych zaworach dochodzi on nawet do kilku sekund.

Zawory sterowane pneumatycznie (z siłownikiem pneumatycznym)

Informacje ogólne

Zawory sterowane pneumatycznie są zaworami bezpośredniego działania, tzn. siła pochodząca od ciśnienia powietrza sterującego jest przenoszona bezpośrednio na element odcinający zaworu. Najczęściej stosowanymi zaworami sterowanymi pneumatycznie są zawory: grzybkowe, membranowe i kulowe. Zawierają znacznie mniej delikatnych części niż zawory elektromagnetyczne, co czyni je znacznie bardziej odpornymi na media lepkie i zanieczyszczone. Dla przykładu zawory Burkerta serii 2000 mogą pracować z mediami o lepkości do 600 cSt (mm2/s).

Zawory grzybkowe

Standardowo posiadają uszczelnienia teflonowe (PTFE), umożliwiające pracę przy temperaturze medium do 180°C. Zawory grzybkowe mają określony kierunek przepływu medium: "pod grzybek" (zawory z grzybkiem przeciwbieżnym), gdzie medium płynie w kierunku przeciwnym do kierunku zamykania grzybka i "z grzybkiem" (zawory z grzybkiem współbieżnym), gdzie medium płynie w kierunku zgodnym z kierunkiem zamykania grzybka. Zawory z grzybkiem współbieżnym przeznaczone są do sterowania przepływem gazów i pary oraz cieczy o małym ciśnieniu i niewielkiej prędkości przepływu (np. na wypływie grawitacyjnym ze zbiorników). Przepływ cieczy z dużą prędkością powoduje gwałtowne domknięcie grzybka przy zamykaniu zaworu i wywołanie tzw. uderzenia hydraulicznego, które może doprowadzić do zniszczenia zaworu i rurociągu. Wady tej nie posiadają zawory z grzybkiem przeciwbieżnym, które mogą pracować zarówno na cieczach, jak i gazach i parze. Sąjednak znacznie droższe od zaworów z grzybkiem współbieżnym ze względu na konieczność stosowania silniejszych, a co za tym idzie większych napędów. Żywotność zaworów grzybkowych Burkerta serii 2000 wynosi, w zależności od warunków pracy, od 2 do 5 mln cykli roboczych.

Zawory membranowe

Są to zawory o konstrukcji predysponującej je do pracy z cieczami lepkimi, zanieczyszczonymi dużymi cząstkami stałymi, a także mediami bardzo czystymi, sterylnymi, spożywczymi, itp. Zalety konstrukcji stanowią: łagodnie zakrzywiony przepływ przez zawór, brak ostrych przejść między płaszczyznami wewnętrznymi, co uniemożliwia wytrącanie się osadów, duża powierzchnia styku w miejscu odcięcia przepływu, która umożliwia szczelne zamknięcie, nawet wtedy, gdy pod uszczelnienie dostanie się cząstka stała. Zawory membranowe mają jednak mniejszą żywotność niż zawory grzybkowe. Wynosi ona od kilkuset tysięcy do miliona cykli roboczych. Najsłabszym elementem zaworu jest membrana. Podlega ona jednak łatwej wymianie i dzięki temu żywotność zaworu można znacznie wydłużyć.

Zawory kulowe

Zaletą ich jest bardzo mały opór przepływu, a co za tym idzie wysoki współczynnik Kv. Zawór kulowy, w sensie elementu wykonawczego, może pracować przy dużych ciśnieniach. Wymaga jednak do sterowania napędu obrotowego, który jest bardziej skomplikowany, a co za tym idzie bardziej zawodny niż napęd liniowy. Napęd produkowany przez Burkerta wykonany jest z wysokiej jakości tworzyw sztucznych. Zawory kulowe posiadają stosunkowo niską żywotność, która wynosi ok. 200 - 300 tys. cykli roboczych. Niska, w porównaniu z innymi typami zaworów, żywotność wynika z bardzo trudnych warunków pracy uszczelnienia. Czas pracy zaworu skraca się znacznie, gdy w płynącym przez zawór medium zawarte są cząstki stałe. Dostają się one pomiędzy uszczelnienie i kulę, wbijają w materiał uszczelnienia i wycierają powierzchnię kuli.