วาล์วทั้งสามประเภทมีอะไรบ้าง?

เมื่อวิศวกรและช่างเทคนิคค้นหาว่า "วาล์วสามประเภทคืออะไร" พวกเขามักจะแปลกใจที่พบว่าไม่มีคำตอบที่เป็นสากลเพียงคำตอบเดียว ความจริงนั้นเหมาะสมยิ่งกว่ารายการสามหมวดหมู่ธรรมดาๆ การจำแนกประเภทของวาล์วขึ้นอยู่กับบริบทการปฏิบัติงาน ไม่ว่าคุณจะทำงานกับระบบพลังงานไฮดรอลิก ท่อในกระบวนการอุตสาหกรรม หรือการบูรณาการแอคชูเอเตอร์เชิงกล

ความซับซ้อนนี้ไม่ใช่ข้อบกพร่องในคำศัพท์ทางวิศวกรรม แต่เป็นคุณลักษณะ สาขาวิชาอุตสาหกรรมที่แตกต่างกันได้พัฒนากรอบการจำแนกประเภทของตนเองเนื่องจากให้ความสำคัญกับลักษณะของวาล์วที่แตกต่างกัน ผู้ออกแบบระบบไฮดรอลิกมุ่งเน้นไปที่ฟังก์ชันการควบคุม ในขณะที่วิศวกรโรงงานกระบวนการให้ความสำคัญกับหน้าที่การบริการ และช่างซ่อมบำรุงจำเป็นต้องเข้าใจประเภทการเคลื่อนที่ทางกลสำหรับการเลือกแอคชูเอเตอร์และการวางแผนเชิงพื้นที่

ในคู่มือที่ครอบคลุมนี้ เราจะสำรวจกรอบงานการจำแนกประเภทที่เชื่อถือได้มากที่สุดสามกรอบงาน ซึ่งกำหนดประเภทวาล์วตามบริบททางวิศวกรรมที่แตกต่างกัน แต่ละเฟรมเวิร์กแสดงถึงคำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถาม "สามประเภท" ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยมาตรฐานอุตสาหกรรมและข้อกำหนดการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง

กรอบการทำงานที่หนึ่ง: การจำแนกประเภทการทำงานในระบบพลังงานของไหล

ในระบบไฮดรอลิกและนิวแมติก วาล์วทำหน้าที่เป็นตัวดำเนินการเชิงตรรกะของวงจรส่งกำลัง วาล์วพื้นฐานสามประเภทในเฟรมเวิร์กนี้ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันการควบคุม: วาล์วควบคุมทิศทาง วาล์วควบคุมแรงดัน และวาล์วควบคุมการไหล การจำแนกประเภทนี้มีอิทธิพลเหนือวิศวกรรมระบบอัตโนมัติ และได้รับการยอมรับอย่างชัดเจนในมาตรฐาน ISO 1219 (สัญลักษณ์พลังงานของไหล) และมาตรฐาน NFPA T3.10.19

วาล์วควบคุมทิศทาง

วาล์วควบคุมทิศทาง (DCV) สร้างรากฐานทางตรรกะของระบบพลังงานของไหลใดๆ หน้าที่หลักของพวกมันคือกำหนดเส้นทาง เบี่ยงเบน หรือปิดกั้นเส้นทางการไหลของของไหลภายในวงจร ด้วยเหตุนี้จึงกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของแอคทูเอเตอร์ เช่น กระบอกไฮดรอลิก (ยืด หด หรือค้าง) หรือมอเตอร์ไฮดรอลิก (ตามเข็มนาฬิกา ทวนเข็มนาฬิกา หรือหยุด)

สถาปัตยกรรมภายในของ DCV แบ่งออกเป็นสองปรัชญาการออกแบบที่โดดเด่น: สปูลวาล์วและวาล์วก้าน สปูลวาล์วประกอบด้วยชิ้นส่วนทรงกระบอกที่ได้รับการตัดเฉือนอย่างแม่นยำ (สปูล) โดยมีส่วนและร่องที่เลื่อนภายในรูที่ตรงกัน ในขณะที่สปูลเคลื่อนที่ในแนวแกน มันจะปิดหรือเปิดพอร์ตต่างๆ ในตัววาล์ว เพื่อเปลี่ยนทิศทางเส้นทางของของไหล การออกแบบนี้ยอดเยี่ยมในการใช้ลอจิกการสลับที่ซับซ้อน ตัววาล์วตัวเดียวสามารถกำหนดรูปแบบ 4 ทิศทาง 3 ตำแหน่ง หรือ 5 ทิศทาง 2 ตำแหน่งได้ อย่างไรก็ตาม สปูลวาล์วมีลักษณะทางกายภาพโดยธรรมชาติที่เรียกว่าการปิดผนึกระยะห่าง เพื่อให้การเลื่อนเป็นไปอย่างราบรื่น จะต้องมีระยะห่างในแนวรัศมีหลายไมโครเมตรระหว่างแกนม้วนและแกน สิ่งนี้ทำให้เกิดการรั่วไหลภายในอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (บายพาสสปูล) ภายใต้แรงกดดัน ทำให้สปูลวาล์วไม่เหมาะสำหรับการกักเก็บโหลดในระยะยาวโดยไม่มีเช็ควาล์วเสริม

ในทางตรงกันข้าม ก้านวาล์วจะใช้ส่วนปิดแบบเคลื่อนย้ายได้ (กรวย บอล หรือจาน) ซึ่งจะกดกับบ่าที่นั่งในแนวตั้งฉากกับการไหล สิ่งนี้จะสร้างซีลหน้าสัมผัสหรือซีลหน้า เมื่อปิด แรงดันของระบบช่วยในการกดส่วนประกอบให้แน่นกับเบาะนั่งมากขึ้น ทำให้เกิดการปิดผนึกการรั่วไหลที่เป็นบวกและเกือบเป็นศูนย์ ทำให้วาล์วก้านเหมาะสำหรับการรับน้ำหนักบรรทุก การตัดระบบเพื่อความปลอดภัย และการใช้งานแยกแรงดันสูง โดยทั่วไประยะชักจะสั้น ส่งผลให้มีเวลาตอบสนองที่รวดเร็วมาก และการดำเนินการเปิดจะให้ผลในการทำความสะอาดตัวเอง ซึ่งช่วยให้ก้านออกแบบทนทานต่อการปนเปื้อนได้ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแกนม้วน

ข้อมูลจำเพาะของ DCV เป็นไปตามระบบสัญลักษณ์มาตรฐานโดยอิงตาม "วิธี" (จำนวนพอร์ตของไหล) และ "ตำแหน่ง" (จำนวนสถานะสปูลที่เสถียร) ตัวอย่างเช่น วาล์ว 3 ตำแหน่ง 4 ทิศทาง (4/3) มีสี่พอร์ต—ความดัน (P), ถัง (T) และพอร์ตทำงานสองพอร์ต (A, B)—และสามตำแหน่งที่มั่นคง สภาพศูนย์กลางของวาล์ว 3 ตำแหน่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของระบบ ศูนย์กลางแบบปิดชนิด O จะปิดกั้นพอร์ตทั้งหมด ล็อคแอคทูเอเตอร์ให้อยู่ในตำแหน่ง แต่ทำให้เกิดการสะสมแรงดันของปั๊ม ศูนย์ลูกลอยแบบ H เชื่อมต่อ A, B และ T ในขณะที่บล็อก P ทำให้แอคชูเอเตอร์ลอยได้อย่างอิสระ ศูนย์ตีคู่แบบ Y เชื่อมต่อ P และ T ในขณะที่ปิดกั้น A และ B ถ่ายปั๊มลงถัง และลดการสร้างความร้อนในขณะที่ยังคงล็อคแอคชูเอเตอร์ไว้

วาล์วควบคุมความดัน

ในฟิสิกส์ไฮดรอลิก ความดันเท่ากับแรงต่อหน่วยพื้นที่ ($$P = F/A$$- ดังนั้นการควบคุมแรงดันของระบบจึงเป็นการควบคุมแรงเอาท์พุตของแอคชูเอเตอร์เป็นหลัก วาล์วควบคุมแรงดันจะจำกัดแรงดันสูงสุดของระบบหรือควบคุมแรงดันวงจรเฉพาะที่ เพื่อรักษาสภาพการทำงานที่ปลอดภัยและบรรลุวัตถุประสงค์ในการควบคุมแรง

วาล์วระบายทำหน้าที่เป็นหลักสำคัญด้านความปลอดภัย ซึ่งเป็นวาล์วปิดตามปกติที่เชื่อมต่อขนานกับระบบ เมื่อแรงดันของระบบเกินขีดจำกัดแรงที่สปริงตั้งไว้ วาล์วจะเปิดและถ่ายของเหลวส่วนเกินกลับไปยังถัง ซึ่งจะจำกัดแรงดันสูงสุดของระบบ สิ่งนี้จะช่วยป้องกันความล้มเหลวของท่อ ซีล และแอคชูเอเตอร์ที่ร้ายแรงภายใต้สภาวะโอเวอร์โหลด วาล์วระบายที่ทำงานโดยตรงตอบสนองอย่างรวดเร็วแต่มีการควบคุมแรงดันอย่างมีนัยสำคัญ (ความแตกต่างระหว่างแรงดันการแตกร้าวและแรงดันการไหลเต็ม) วาล์วระบายที่ควบคุมด้วยไพล็อตใช้ไพล็อตวาล์วขนาดเล็กเพื่อควบคุมการเปิดสปูลหลัก ให้เส้นโค้งลักษณะการไหลของแรงดันที่ราบเรียบยิ่งขึ้น ซึ่งรักษาแรงดันของระบบให้มีเสถียรภาพมากขึ้นในช่วงการไหลที่กว้าง การออกแบบที่ควบคุมโดยนักบินยังอำนวยความสะดวกในการปรับแรงดันระยะไกลและฟังก์ชันการขนถ่ายระบบ

วาล์วลดแรงดันทำงานบนหลักการที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานแม้ว่าจะมีความคล้ายคลึงกันก็ตาม เหล่านี้เป็นวาล์วเปิดตามปกติที่ติดตั้งแบบอนุกรมภายในวงจร โดยจะควบคุมการไหลเพื่อลดแรงดันทางออก และใช้การตอบสนองแรงดันทางออกเพื่อรักษาแรงดันที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง โดยไม่คำนึงถึงความผันผวนของแรงดันขาเข้า นี่เป็นสิ่งสำคัญเมื่อแหล่งไฮดรอลิกแหล่งเดียวต้องรองรับวงจรหลายวงจรที่มีความต้องการแรงดันที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ระบบหลักที่ต้องการแรงกระบอกสูบ 20 MPa (2900 psi) ในขณะที่วงจรแคลมป์เสริมต้องการเพียง 5 MPa (725 psi)

วาล์วลำดับจะควบคุมลำดับการทำงานโดยยังคงปิดไว้จนกว่าแรงดันขาเข้าจะถึงจุดที่กำหนด จากนั้นจะเปิดโดยอัตโนมัติเพื่อให้ไหลไปยังวงจรดาวน์สตรีม ต่างจากรีลีฟวาล์วที่ถ่ายของเหลวลงถัง ซีเควนซ์วาล์วจะจ่ายกระแสทางออกโดยตรงไปยังวงจรการทำงาน และโดยทั่วไปจึงต้องมีการเชื่อมต่อท่อระบายน้ำภายนอกเพื่อจัดการการรั่วไหลของห้องควบคุมโดยไม่ทำให้สัญญาณพอร์ตการทำงานปนเปื้อน

วาล์วถ่วงดุลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อระบบยกและการเคลื่อนที่ในแนวตั้ง ติดตั้งไว้ที่แนวกลับของกระบอกสูบ โดยมีการตั้งค่าให้มีความดันสูงกว่าที่โหลดสร้างขึ้นจากแรงโน้มถ่วงเล็กน้อย โดยการสร้างแรงดันต้าน จะป้องกันการตกอย่างอิสระของโหลดภายใต้แรงโน้มถ่วง ทำให้มั่นใจได้ว่าจะควบคุมการลงได้อย่างราบรื่น วาล์วถ่วงดุลสมัยใหม่ผสานรวมวาล์วกันกลับเพื่อให้มีการไหลย้อนกลับฟรีสำหรับการยก

วาล์วควบคุมการไหล

วาล์วควบคุมการไหลจะควบคุมปริมาตรของเหลวต่อหน่วยเวลาผ่านวาล์ว ดังนั้นจึงควบคุมความเร็วของแอคทูเอเตอร์ (ความเร็วการยืดออก/การหดตัวของกระบอกสูบ หรือความเร็วในการหมุนของมอเตอร์) สมการการไหลพื้นฐานผ่านปากคือ$$Q = C_d A \\sqrt{2\\เดลต้า P/\\rho}$$โดยที่ Q คืออัตราการไหล A คือพื้นที่ปาก และ ∆P คือความแตกต่างของความดันทั่วปาก

การควบคุมการไหลที่ง่ายที่สุดคือวาล์วแบบเข็ม ซึ่งจัดประเภทเป็นแบบไม่มีการชดเชย จากสมการข้างต้น การไหล Q ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับพื้นที่เปิด A แต่ยังขึ้นอยู่กับรากที่สองของความแตกต่างของความดัน ∆P ด้วย หากโหลดแตกต่างกันไป ∆P จะแปรผัน ส่งผลให้ความเร็วไม่เสถียร เพื่อแก้ปัญหาพื้นฐานนี้ วาล์วควบคุมการไหลแบบชดเชยแรงดันจะรวมวาล์วลดแรงดันส่วนต่างคงที่ภายใน (ตัวชดเชย) เข้าด้วยกันตามลำดับพร้อมกับช่องควบคุมปริมาณ ตัวชดเชยนี้จะปรับช่องเปิดของตัวเองโดยอัตโนมัติตามแรงดันโหลด เพื่อรักษาค่าคงที่ ΔP ทั่วทั้งออริฟิซหลัก เมื่อ ΔP มีค่าคงตัว การไหล Q จะกลายเป็นฟังก์ชันเฉพาะของพื้นที่เปิด A ทำให้ได้รับการควบคุมความเร็วคงที่ไม่ขึ้นกับโหลด

ตำแหน่งวงจรของวาล์วควบคุมการไหลจะกำหนดวิธีการควบคุมความเร็ว การควบคุมมิเตอร์ในจะทำให้วาล์วควบคุมการไหลเข้าสู่แอคชูเอเตอร์ เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีโหลดต้านทานคงที่แต่ไม่สามารถสร้างแรงดันต้านได้ เมื่อต้องเผชิญกับโหลดที่วิ่งเกิน เช่น การเคลื่อนที่ที่ขับเคลื่อนด้วยแรงโน้มถ่วง แอคชูเอเตอร์จะวิ่งหนี การควบคุมมิเตอร์ออกจะทำให้วาล์วควบคุมการไหลออกจากแอคชูเอเตอร์ ด้วยการสร้างแรงดันต้านกลับที่ด้านกลับ สิ่งนี้จะสร้างการรองรับไฮดรอลิกที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น ซึ่งป้องกันการเคลื่อนตัวของโหลดเกินได้อย่างมีประสิทธิภาพ และให้ความนุ่มนวลในการเคลื่อนไหวที่เหนือกว่า อย่างไรก็ตาม แรงดันต้านกลับอาจทำให้เกิดแรงดันเพิ่มขึ้นในห้องทางเข้า ซึ่งจำเป็นต้องมีการตรวจสอบระดับแรงดันอย่างระมัดระวังในระหว่างการออกแบบ

กรอบการทำงานที่สอง: การจำแนกหน้าที่การบริการในกระบวนการวางท่อ

เมื่อเราเปลี่ยนบริบทจากวงจรพลังงานของไหลไปเป็นโรงงานกระบวนการทางอุตสาหกรรม ซึ่งรวมถึงน้ำมันและก๊าซ กระบวนการทางเคมี การบำบัดน้ำ และการผลิตไฟฟ้า วาล์วทั้งสามประเภทจะถูกจำแนกตามหน้าที่การบริการในระบบท่อ กรอบการทำงานนี้ถือว่าวาล์วแยก วาล์วควบคุม และวาล์วกันกลับเป็นองค์ประกอบพื้นฐานสามประการ การจำแนกประเภทนี้มีส่วนสำคัญในการพัฒนา P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) และสะท้อนให้เห็นในมาตรฐานการวางท่อ เช่น ASME B31.3 และ API 600

วาล์วแยก

วาล์วแยก (หรือที่เรียกว่าบล็อกวาล์วหรือวาล์วปิด) ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ไหลเต็มหรืออุดตันโดยสมบูรณ์ โดยทำงานในตำแหน่งเปิดสุดหรือปิดสุด และไม่ควรใช้เพื่อควบคุมปริมาณ การทำงานเป็นเวลานานในตำแหน่งที่เปิดบางส่วนทำให้ของไหลความเร็วสูงกัดกร่อนพื้นผิวการซีลผ่านปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการวาดลวด ทำลายประสิทธิภาพการซีล และนำไปสู่การรั่วไหลที่รุนแรง

วาล์วประตูแสดงถึงการออกแบบการปิดระบบเชิงเส้นแบบคลาสสิก จานรูปลิ่มจะเคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหลเพื่อตัดการไหล เมื่อเปิดเต็มที่ เส้นทางการไหลจะสร้างท่อร้อยสายตรงโดยมีแรงดันตกน้อยที่สุด ทำให้วาล์วประตูเหมาะสำหรับบริการที่ความต้านทานต่ำเป็นสิ่งสำคัญ วาล์วประตูมีรูปแบบก้านสองแบบพร้อมลักษณะการทำงานที่แตกต่างกัน วาล์วประตูก้านที่เพิ่มขึ้น (OS&Y—สกรูด้านนอกและแอก) มีเกลียวภายนอกที่ทำให้ก้านวาล์วสูงขึ้นเมื่อหมุนวงล้อจักร ช่วยให้เห็นตำแหน่งที่มองเห็นได้—ก้านขยายหมายถึงเปิด—และป้องกันไม่ให้เกลียวสัมผัสกับสารในกระบวนการ เพื่อป้องกันการกัดกร่อน สิ่งเหล่านี้เป็นมาตรฐานในระบบป้องกันอัคคีภัยและสายการผลิตที่สำคัญซึ่งการมองเห็นตำแหน่งถือเป็นสิ่งสำคัญด้านความปลอดภัย วาล์วประตูก้านไม่ขึ้น (NRS) มีก้านหมุนแต่ไม่ได้แปลในแนวตั้ง โดยมีเกลียวน็อตภายในติดตั้งอยู่ในลิ่ม การออกแบบนี้ลดความต้องการพื้นที่ในแนวตั้งให้เหลือน้อยที่สุด ทำให้เหมาะสำหรับท่อฝังหรือพื้นที่จำกัด แต่ขาดการระบุตำแหน่งที่ใช้งานง่ายและทำให้เกลียวสัมผัสกับการกัดกร่อนของตัวกลาง

วาล์วประตูต้องมีการทำงานหลายรอบ ซึ่งหมายความว่าการเปิดและปิดช้า แม้ว่าสิ่งนี้จะช่วยป้องกันค้อนน้ำ แต่ก็ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการปิดเครื่องฉุกเฉิน พื้นผิวซีลยังไวต่อการครูด (การเชื่อมเย็นของพื้นผิวโลหะภายใต้แรงกดและแรงเสียดทาน)

บอลวาล์วแสดงถึงมาตรฐานสมัยใหม่สำหรับการปิดระบบแบบโรตารี ทรงกลมที่มีรูทะลุทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบปิด การหมุน 90 องศาทำให้สามารถเปิดหรือปิดได้เต็มที่ด้วยความเร็วและประสิทธิภาพ บอลวาล์วแบบเต็มพอร์ตมีเส้นผ่านศูนย์กลางของรูที่ตรงกับท่อ ส่งผลให้มีความต้านทานการไหลเล็กน้อย กลไกการปิดผนึกมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐานระหว่างลูกบอลลอยและการออกแบบที่ติดรองแหนบ ในบอลวาล์วลอยตัว ลูกบอลรองรับเฉพาะที่นั่งและ "ลอย" ภายในตัวถังเท่านั้น แรงกดของตัวกลางดันลูกบอลไปติดกับที่นั่งท้ายน้ำ ทำให้เกิดการปิดผนึกอย่างแน่นหนา การออกแบบนี้ใช้ได้กับแรงดันต่ำถึงปานกลางและเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็ก แต่ในการใช้งานที่มีแรงดันสูงที่มีรูขนาดใหญ่ แรงบิดในการทำงานจะมีมหาศาลและเบาะนั่งจะเสียรูปภายใต้ความเครียด บอลวาล์วที่ติดตั้งแหนบจะยึดบอลระหว่างแหนบบนและล่างโดยอัตโนมัติ เพื่อป้องกันการเคลื่อนที่ของบอล แรงกดของตัวกลางจะดันเบาะนั่งแบบสปริงเข้าหาลูกบอลเพื่อให้เกิดการซีล การออกแบบนี้ช่วยลดแรงบิดในการทำงานได้อย่างมาก และเปิดใช้งานฟังก์ชัน double block and bleed (DBB) ทำให้เป็นตัวเลือก API 6D สำหรับการส่งผ่านท่อและการใช้งานแรงดันสูง

วาล์วควบคุม

วาล์วควบคุม (หรือเรียกว่าวาล์วควบคุมหรือวาล์วควบคุม) ได้รับการออกแบบมาเพื่อปรับความต้านทานการไหล และด้วยเหตุนี้จึงควบคุมอัตราการไหล ความดัน หรืออุณหภูมิ ต่างจากวาล์วแยกเดี่ยวตรงที่ต้องทนต่อความเร็วสูง ความปั่นป่วน และการเกิดโพรงอากาศหรือการวาบไฟที่เกิดขึ้นระหว่างการเปิดบางส่วน พวกเขาไม่เคยเพียงแค่เปิดและปิด—พวกเขาอาศัยอยู่ในเขตควบคุม

โกลบวาล์วสร้างมาตรฐานใหม่สำหรับการควบคุมที่แม่นยำ แผ่นดิสก์รูปปลั๊กจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นกึ่งกลางของการไหล เส้นทางการไหลภายในก่อตัวเป็นรูปตัว S ซึ่งบังคับให้ของไหลผ่านการเปลี่ยนแปลงทิศทางที่รวดเร็ว เส้นทางที่คดเคี้ยวนี้จะกระจายพลังงานของเหลวจำนวนมหาศาล ทำให้เกิดการปรับการไหลแบบละเอียด ด้วยการเปลี่ยนรูปร่างของแผ่นดิสก์ (เชิงเส้น เปอร์เซ็นต์เท่ากัน เปิดอย่างรวดเร็ว) วิศวกรสามารถกำหนดลักษณะการไหลโดยธรรมชาติของวาล์วได้ คุณลักษณะเปอร์เซ็นต์ที่เท่ากันนั้นพบได้บ่อยที่สุดในการควบคุมกระบวนการ เนื่องจากจะชดเชยการเปลี่ยนแปลงการลดแรงดันของระบบที่ไม่เป็นเชิงเส้น โดยคงไว้ซึ่งอัตราขยายของลูปควบคุมที่ค่อนข้างคงที่ตลอดช่วงระยะชักทั้งหมด โกลบวาล์วให้ความแม่นยำในการควบคุมที่ดีเยี่ยมและการปิดเครื่องที่แน่นหนา (ดิสก์และคู่ที่นั่งในการสัมผัสแบบขนาน) แต่ความต้านทานการไหลสูงทำให้เกิดการสูญเสียแรงดันอย่างมาก

วาล์วปีกผีเสื้อใช้จานหมุนภายในกระแสการไหลเพื่อควบคุมการไหล วาล์วปีกผีเสื้อแบบรวมศูนย์แบบดั้งเดิมให้บริการระบบน้ำแรงดันต่ำที่เรียบง่าย แต่วาล์วปีกผีเสื้อเยื้องศูนย์ได้เข้าสู่ขอบเขตการควบคุมที่มีประสิทธิภาพสูงแล้ว การออกแบบ Double-offset มีแกนของก้านที่ชดเชยจากทั้งศูนย์กลางของแผ่นดิสก์และเส้นกึ่งกลางของท่อ เอฟเฟกต์ลูกเบี้ยวนี้ทำให้จานเบรกหลุดออกจากเบาะอย่างรวดเร็วเมื่อเปิด ช่วยลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ การออกแบบออฟเซ็ตสามชั้นเพิ่มออฟเซ็ตเชิงมุมที่สามระหว่างแกนกรวยเบาะนั่งและเส้นกึ่งกลางท่อ ช่วยให้เกิดการทำงานที่ "ไร้แรงเสียดทาน" อย่างแท้จริง ช่วยให้สามารถปิดผนึกอย่างแข็งระหว่างโลหะกับโลหะ ทำให้เกิดการรั่วไหลเป็นศูนย์โดยปราศจากฟองอากาศ และทนทานต่ออุณหภูมิและความดันสุดขีด วาล์วปีกผีเสื้อที่ทำด้วยโลหะสามชดเชยควบคุมการใช้งานไอน้ำและไฮโดรคาร์บอนที่หนักหน่วง

หลักฟิสิกส์ของการกำหนดขนาดวาล์วจำเป็นต้องเลือกตามการคำนวณ ค่าสัมประสิทธิ์การไหล ($$C_v$$) กำหนดแกลลอนต่อนาทีของน้ำอุณหภูมิ 60°F ที่ไหลผ่านวาล์วที่ความดันลดลง 1 psi มันทำหน้าที่เป็นตัวชี้วัดสากลของความจุของวาล์ว สูตรปรับขนาด$$C_v = Q\\sqrt{SG/\\เดลต้า P}$$เกี่ยวข้องกับอัตราการไหล Q, ความถ่วงจำเพาะ SG และความดันลดลง ΔP

การให้บริการของเหลวที่มีความสำคัญถึงรุนแรงคือการทำความเข้าใจการกระพริบและการเกิดโพรงอากาศ เมื่อของไหลเร่งความเร็วผ่าน vena Contracta ของวาล์ว (พื้นที่ขั้นต่ำ) ความเร็วสูงสุดและความดันจะไปถึงจุดต่ำสุด บริเวณท้ายน้ำ ความกดดันเริ่มฟื้นตัวบางส่วน การกะพริบเกิดขึ้นเมื่อแรงดันหลัง vena Contracta ไม่สามารถฟื้นตัวได้เหนือความดันไอของของเหลว ของเหลวจะระเหยเป็นการไหลแบบสองเฟสอย่างถาวร และส่วนผสมระหว่างไอและของเหลวความเร็วสูงทำให้เกิดความเสียหายจากการกัดกร่อนอย่างรุนแรง การเกิดโพรงอากาศเกิดขึ้นเมื่อความดัน vena Contracta ลดลงต่ำกว่าความดันไอ (ก่อตัวเป็นฟองอากาศ) แต่ความดันปลายน้ำจะฟื้นตัวเหนือความดันไอ ฟองสบู่จะระเบิด ทำให้เกิดไอพ่นขนาดเล็กและคลื่นกระแทกที่ทำให้เกิดความหายนะ การสั่นสะเทือน และการเจาะทะลุของวัสดุ ปัจจัยการฟื้นตัวของแรงดัน ($$F_L$$) แสดงถึงลักษณะเฉพาะของความต้านทานการเกิดโพรงอากาศของวาล์ว โกลบวาล์วมักจะมีค่าสูง$$F_L$$ค่า (การคืนตัวต่ำ) ให้ความต้านทานการเกิดโพรงอากาศที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับบอลวาล์วและวาล์วปีกผีเสื้อ (ค่าต่ำ$$F_L$$ฟื้นตัวได้สูง)

ฟื้นตัวได้สูง)

เช็ควาล์ว (วาล์วกันกลับ) เป็นอุปกรณ์ที่สั่งงานเองซึ่งเปิดด้วยการไหลไปข้างหน้าและปิดด้วยการไหลย้อนกลับ โดยหลักแล้วจะปกป้องปั๊มจากความเสียหายจากการหมุนกลับด้านและป้องกันการระบายน้ำของระบบ ต่างจากวาล์วประเภทอื่นตรงที่ทำงานโดยไม่มีสัญญาณควบคุมจากภายนอก โมเมนตัมของของไหลและแรงโน้มถ่วงเป็นตัวกระตุ้น

เช็ควาล์วสวิงมีแผ่นดิสก์ที่หมุนรอบหมุดบานพับ มีความต้านทานการไหลต่ำ แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดการสะท้านของแผ่นดิสก์ในสภาวะการไหลที่มีความเร็วต่ำหรือเป็นจังหวะ ในการใช้งานที่มีการพลิกกลับของการไหลอย่างรวดเร็ว การตรวจสอบการแกว่งสามารถสร้างค้อนน้ำทำลายล้างได้เมื่อจานปิดกระแทก เช็ควาล์วลิฟท์มีจานที่เคลื่อนที่ในแนวตั้ง คล้ายกับโครงสร้างโกลบวาล์ว ให้การปิดผนึกที่แน่นหนาและทนทานต่อแรงดันสูง แต่มีความต้านทานการไหลสูงและเสี่ยงต่อการอุดตันจากเศษซาก เช็ควาล์วจานแบบเอียงเป็นตัวแทนของโซลูชั่นระดับพรีเมียมสำหรับสถานีสูบน้ำขนาดใหญ่ (การควบคุมน้ำท่วม การจ่ายน้ำ) แกนหมุนของจานตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิวที่นั่ง ทำให้เกิดโครงสร้างฟองอากาศที่สมดุล ช่วงชักสั้นช่วยให้ปิดได้เร็วมากพร้อมระบบกันกระแทก ช่วยลดแรงกดทับของค้อนน้ำได้อย่างมาก

กรอบการทำงานที่สาม: การจำแนกประเภทการเคลื่อนที่ทางกลสำหรับการรวมแอคชูเอเตอร์

กรอบการจำแนกประเภทหลักที่สามจัดหมวดหมู่วาล์วตามวิถีการเคลื่อนที่ทางกายภาพของส่วนปิด มุมมองนี้จำเป็นสำหรับการเลือกแอคชูเอเตอร์ (นิวแมติก ไฟฟ้า ไฮดรอลิก) การวางแผนเค้าโครงเชิงพื้นที่ และการพัฒนากลยุทธ์การบำรุงรักษา ทั้งสามประเภท ได้แก่ วาล์วการเคลื่อนที่เชิงเส้น วาล์วการเคลื่อนที่แบบหมุน และวาล์วที่สั่งงานเอง

วาล์วเคลื่อนที่เชิงเส้น

วาล์วเคลื่อนที่เชิงเส้นมีส่วนประกอบปิดที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ไม่ว่าจะตั้งฉากหรือขนานกับทิศทางการไหล ตัวอย่างที่เป็นตัวแทนได้แก่ เกทวาล์ว โกลปวาล์ว ไดอะแฟรมวาล์ว และพินช์วาล์ว โดยทั่วไปการเคลื่อนที่เชิงเส้นจะแปลงแรงบิดในการหมุนเป็นแรงผลักดันเชิงเส้นขนาดใหญ่ผ่านก้านเกลียว ให้แรงปิดผนึกที่ดีเยี่ยม (ความเค้นในการนั่งในหน่วยสูง) การตอบสนองการควบคุมปริมาณมีแนวโน้มที่จะเป็นเส้นตรงมากกว่า เหมาะสำหรับการใช้งานควบคุมที่มีความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วระยะชักจะยาว ส่งผลให้วาล์วมีความสูงสูง (ข้อกำหนดด้านพื้นที่ส่วนหัวที่สำคัญ)

วาล์วไดอะแฟรมและวาล์วบีบสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษในการออกแบบวาล์วเชิงเส้นตรง เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะ "การแยกตัวกลาง" วาล์วเหล่านี้ปิดการไหลโดยการบีบอัดไดอะแฟรมหรือปลอกอีลาสโตเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งแยกกลไกการทำงานออกจากตัวกลางในกระบวนการผลิตได้อย่างสมบูรณ์ สิ่งนี้ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญในการใช้งานด้านสุขอนามัย (ยา อาหาร และเครื่องดื่ม) ซึ่งการป้องกันการปนเปื้อนเป็นสิ่งสำคัญที่สุด และในการใช้งานที่เป็นสารละลาย (การทำเหมือง น้ำเสีย) ซึ่งอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจะทำลายส่วนประกอบที่เป็นโลหะอย่างรวดเร็ว การเลือกใช้ไดอะแฟรมหรือวัสดุปลอก (PTFE, EPDM, ยางธรรมชาติ) กลายเป็นการพิจารณาความเข้ากันได้หลักมากกว่าการใช้โลหะวิทยาของตัวถัง

โรตารีโมชั่นวาล์ว

วาล์วควบคุมการเคลื่อนที่แบบโรตารีมีส่วนประกอบปิดที่หมุนรอบแกน โดยทั่วไปจะเอียง 90 องศาเพื่อให้ได้จังหวะเต็มที่ ตัวอย่างที่เป็นตัวแทน ได้แก่ บอลวาล์ว วาล์วปีกผีเสื้อ และวาล์วปลั๊ก การออกแบบเหล่านี้มีโครงสร้างที่กะทัดรัด น้ำหนักเบา และการทำงานที่รวดเร็ว เป็นเลิศในการติดตั้งและการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัดซึ่งต้องการการดำเนินการที่รวดเร็ว การทดสอบการรับรองความปลอดภัยจากอัคคีภัยตาม API 607 ​​หรือ API 6FA เป็นเรื่องปกติสำหรับวาล์วโรตารีในการให้บริการไฮโดรคาร์บอน โดยตรวจสอบว่าการปิดผนึกสำรองระหว่างโลหะกับโลหะทำงานหากเบาะนั่งแบบนุ่มไหม้ระหว่างเกิดเพลิงไหม้

โปรไฟล์แรงบิดของวาล์วโรตารีไม่คงที่ตลอดช่วงชัก แรงบิดสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อเบรกถึงเปิด (เอาชนะแรงเสียดทานสถิตและความแตกต่างของแรงดัน) และเมื่อสิ้นสุดการปิด (การบีบอัดเบาะนั่งจนถึงเบาะสุดท้าย) แรงบิดช่วงจังหวะกลางคือแรงบิดของของไหลแบบไดนามิกเป็นหลัก ขนาดของแอคชูเอเตอร์ต้องขึ้นอยู่กับแรงบิดสูงสุดพร้อมปัจจัยด้านความปลอดภัยที่เหมาะสม โดยทั่วไปคือ 1.25 ถึง 1.50 สำหรับการบริการปกติ และสูงถึง 2.00 สำหรับการปิดระบบฉุกเฉิน แอคชูเอเตอร์แบบนิวแมติกสำหรับวาล์วโรตารีโดยทั่วไปจะใช้กลไกแบบแร็คแอนด์พีเนียนหรือสก๊อตช์แอก การออกแบบแบบสก๊อตช์แอกสร้างเส้นโค้งเอาท์พุตแรงบิดรูปตัวยูที่เข้ากันกับคุณลักษณะแรงบิดสูงที่จุดสิ้นสุดของบอลวาล์วและบัตเตอร์ฟลายวาล์วอย่างเป็นธรรมชาติ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและช่วยให้แอคทูเอเตอร์มีขนาดเล็กลง

วาล์วกระตุ้นด้วยตนเอง

วาล์วที่สั่งงานเองไม่จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานภายนอก เช่น ไฟฟ้า นิวแมติก หรือไฮดรอลิก พวกมันทำงานจากพลังงานภายในตัวกลางกระบวนการเท่านั้น เช็ควาล์วใช้พลังงานจลน์ของของไหล วาล์วระบายและวาล์วนิรภัยใช้แรงดันสถิต และอุปกรณ์ควบคุมแรงดันที่ควบคุมเองจะใช้การป้อนกลับสมดุลแรงดัน การไม่มีพลังงานจากภายนอกทำให้วาล์วเหล่านี้ปลอดภัยเมื่อเกิดข้อผิดพลาดอย่างแท้จริงสำหรับการใช้งานที่สำคัญบางประเภท

อย่างไรก็ตาม วาล์วที่กระตุ้นเองจะแสดงคุณลักษณะฮิสเทรีซิสและแถบเดดแบนด์ เนื่องจากความสมดุลทางกายภาพระหว่างแรงของไหลและแรงสปริงเชิงกลรวมกับแรงเสียดทาน ฮิสเทรีซีสหมายถึงแรงดันเปิดและแรงดันกลับเข้าใหม่แตกต่างกัน วาล์วจะ "จดจำ" สถานะก่อนหน้า เดดแบนด์คือช่วงอินพุตที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตเกิดขึ้น เดดแบนด์ที่มากเกินไปทำให้เกิดความไม่เสถียรในการควบคุม ในขณะที่ฮิสเทรีซิสที่เหมาะสม (เช่น การเป่าลมลงในวาล์วระบาย—ความแตกต่างระหว่างแรงดันที่ตั้งไว้และแรงดันรีเซ็ต) เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันการสั่นของวาล์ว (การหมุนเวียนอย่างรวดเร็วซึ่งสร้างความเสียหายให้กับเบาะนั่งและทำให้เกิดการสั่นของแรงดันที่เป็นอันตราย) มาตรฐาน เช่น ASME มาตรา VIII ส่วนที่ 1 (รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน) กำหนดข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ความปลอดภัยและบรรเทาทุกข์ที่ทำงานอัตโนมัติ

การเลือกกรอบการทำงานการจำแนกประเภทที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ

การทำความเข้าใจว่าจะใช้กรอบงานใดในสามรายการนี้ขึ้นอยู่กับบริบททางวิศวกรรมเฉพาะของคุณและลำดับความสำคัญในการตัดสินใจ หากคุณกำลังออกแบบเซลล์การผลิตแบบอัตโนมัติด้วยกระบอกไฮดรอลิก และจำเป็นต้องโปรแกรมลำดับการเคลื่อนไหว การจำแนกประเภทฟังก์ชันของกำลังของไหล (ทิศทาง ความดัน การไหล) จะให้โครงสร้างเชิงตรรกะที่คุณต้องการ แผนภาพวงจรของคุณจะใช้สัญลักษณ์ ISO 1219 ที่ตรงกับประเภทการทำงานเหล่านี้โดยตรง และวิธีการแก้ไขปัญหาของคุณจะเน้นไปที่ฟังก์ชันการควบคุมที่ล้มเหลว

หากคุณกำลังวางโรงงานหรือโรงกลั่นกระบวนการทางเคมี และพัฒนา P&ID การจำแนกหน้าที่การบริการ (การแยก การควบคุม และการไม่ส่งคืน) จะสอดคล้องกับวิธีที่วิศวกรกระบวนการคิดเกี่ยวกับการควบคุมการไหลของวัสดุ เอกสารกำหนดการวาล์วของคุณจะจัดหมวดหมู่วาล์วตามหน้าที่การบริการ และข้อกำหนดวัสดุของคุณ (API 6D สำหรับบอลวาล์วไปป์ไลน์, IEC 60534 สำหรับวาล์วควบคุม, API 594 สำหรับเช็ควาล์ว) เป็นไปตามกรอบการทำงานนี้ ความแตกต่างที่สำคัญสำหรับการจัดซื้อ - บอลวาล์วแยกหน้าที่อาจมีวัสดุตัดแต่งที่แตกต่างกัน ระดับการรั่วไหลของที่นั่ง และขนาดตัวกระตุ้นมากกว่าบอลวาล์วทำหน้าที่ควบคุมปริมาณที่มีขนาดเท่ากัน

หากคุณเป็นช่างซ่อมบำรุงเครื่องจักรที่กำลังวางแผนการเปลี่ยนวาล์วในห้องอุปกรณ์ที่มีผู้คนหนาแน่น หรือคุณกำลังเลือกแพ็คเกจการสั่งงาน การจำแนกประเภทการเคลื่อนที่ทางกล (เชิงเส้น แบบหมุน การสั่งงานด้วยตนเอง) จะช่วยขับเคลื่อนการตัดสินใจเชิงปฏิบัติของคุณ คุณจำเป็นต้องทราบว่าคุณมีระยะห่างในแนวตั้งสำหรับก้านที่เพิ่มขึ้นหรือไม่ รูปแบบการติดตั้งแอคชูเอเตอร์ที่มีอยู่ของคุณนั้นเหมาะกับวาล์วหมุนควอเตอร์หมุนหรือไม่ และคุณสามารถเข้าถึงวาล์วระหว่างการทำงานได้หรือไม่ การจัดหมวดหมู่นี้ยังส่งผลต่อกลยุทธ์สินค้าคงคลังอะไหล่ของคุณด้วย เนื่องจากก้านวาล์วแบบเคลื่อนที่เชิงเส้นและการบรรจุมีรูปแบบการสึกหรอและขั้นตอนการเปลี่ยนที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับแบริ่งและที่นั่งวาล์วโรตารี

ความจริงก็คือวิศวกรที่มีประสบการณ์จะเคลื่อนไหวไปมาระหว่างเฟรมเวิร์กเหล่านี้อย่างลื่นไหล ขึ้นอยู่กับคำถามที่ได้รับคำตอบ วาล์วควบคุมในโรงกลั่นอาจอธิบายพร้อมกันว่าเป็นวาล์วควบคุมการไหล (ฟังก์ชันกำลังของของไหล) วาล์วควบคุม (หน้าที่บริการของกระบวนการ) และวาล์วเคลื่อนที่เชิงเส้น (การใช้งานเชิงกล) คำอธิบายแต่ละข้อมีความถูกต้องภายในบริบท และแต่ละคำอธิบายก็ให้ข้อมูลการตัดสินใจที่แตกต่างกัน สิ่งสำคัญคือการตระหนักว่าการจำแนกประเภทวาล์วไม่ใช่อนุกรมวิธานที่เข้มงวด แต่เป็นชุดเครื่องมือมุมมองที่ยืดหยุ่น

มาตรฐานวาล์วสมัยใหม่มักจะเชื่อมโยงหลายเฟรมเวิร์กเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น IEC 60534 ครอบคลุมถึงวาล์วควบคุมและตอบสนองทั้งข้อกำหนดด้านการทำงาน (ลักษณะการไหล ความสามารถในการวัดระยะ) และข้อควรพิจารณาทางกล (การแนบแอคชูเอเตอร์ การออกแบบก้าน) API 6D ครอบคลุมวาล์วไปป์ไลน์และระบุประสิทธิภาพหน้าที่การบริการ (การแยกส่วนและคลาสการควบคุมปริมาณ) ในขณะเดียวกันก็ให้รายละเอียดคุณสมบัติทางกล (ก้านที่เพิ่มขึ้นเทียบกับก้านที่ไม่เพิ่มขึ้น ข้อกำหนดในการติดตั้งรองแหนบ) การบูรณาการแบบข้ามกรอบนี้สะท้อนให้เห็นว่าโครงการวิศวกรรมที่แท้จริงจำเป็นต้องมีความเข้าใจแบบองค์รวมมากกว่าความรู้เชิงหมวดหมู่ที่แยกเดี่ยว

สรุป: บริบทเป็นตัวกำหนดการจำแนกประเภท

เมื่อมีคนถามว่า "วาล์วสามประเภทคืออะไร" คำตอบที่ถูกต้องทางเทคนิคจะเริ่มต้นด้วยคำถาม: มีสามประเภทตามระบบการจำแนกประเภทใด คำตอบของวิศวกรกำลังของของไหล ได้แก่ การควบคุมทิศทาง การควบคุมแรงดัน และการควบคุมการไหล ใช้ได้อย่างสมบูรณ์แบบภายในบริบทระบบอัตโนมัติไฮดรอลิกและนิวแมติก คำตอบของวิศวกรกระบวนการ—การแยก การควบคุม และการไม่คืน—อธิบายหน้าที่บริการท่ออุตสาหกรรมได้อย่างแม่นยำ คำตอบของวิศวกรเครื่องกล—การเคลื่อนที่เชิงเส้น การเคลื่อนที่แบบหมุน และการกระตุ้นด้วยตนเอง—จัดหมวดหมู่การใช้งานทางกายภาพและอินเทอร์เฟซของแอคชูเอเตอร์ได้ถูกต้อง

คำตอบที่ถูกต้องหลายหลากนี้ไม่ใช่ความล้มเหลวของการกำหนดมาตรฐาน แต่เป็นภาพสะท้อนของความลึกและความกว้างของวิศวกรรมวาล์ว วาล์วทำงานที่จุดตัดของกลศาสตร์ของไหล วัสดุศาสตร์ การออกแบบกลไก และทฤษฎีการควบคุม สาขาวิชาทางเทคนิคที่แตกต่างกันย่อมพัฒนาระบบการจำแนกประเภทที่สอดคล้องกับแนวทางการแก้ปัญหาและลำดับความสำคัญในการตัดสินใจ

สำหรับวิศวกรที่ทำงานข้ามสาขาวิชา เช่น การออกแบบระบบควบคุมกระบวนการแบบผสมผสานหรือการจัดการโปรแกรมความน่าเชื่อถือของสินทรัพย์ทั่วทั้งโรงงาน การทำความเข้าใจกรอบงานทั้งสามจะมอบความได้เปรียบเชิงกลยุทธ์ ช่วยให้สามารถสื่อสารกับผู้เชี่ยวชาญจากภูมิหลังที่แตกต่างกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ สนับสนุนการตัดสินใจเลือกอุปกรณ์ที่มีข้อมูลดีขึ้น และอำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์ความล้มเหลวที่ครอบคลุมมากขึ้น เมื่อวาล์วทำงานล้มเหลว ให้ถามว่าวาล์วทำงานล้มเหลวในฟังก์ชันการควบคุมทิศทาง หน้าที่บริการแยกส่วน หรือการสั่งงานทางกลไกหรือไม่ เผยให้เห็นสาเหตุที่แตกต่างกันในด้านต่างๆ และชี้แนะการดำเนินการแก้ไขต่างๆ

เนื่องจากเทคโนโลยีวาล์วก้าวหน้าไปด้วยตัวกำหนดตำแหน่งดิจิทัล การตรวจสอบไร้สาย และอัลกอริธึมการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ กรอบงานการจำแนกประเภทพื้นฐานเหล่านี้ยังคงมีความเกี่ยวข้อง วาล์วอัจฉริยะที่มีการวินิจฉัยแบบฝังตัวยังคงทำหน้าที่ (ควบคุมความดัน) ทำหน้าที่ตามกระบวนการ (การควบคุมปริมาณ) และทำงานผ่านโหมดการเคลื่อนที่ทางกล (แบบหมุน) ชั้นข้อมูลอัจฉริยะดิจิทัลช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ แต่ไม่ได้แทนที่ความจำเป็นในการทำความเข้าใจการจัดหมวดหมู่พื้นฐานเหล่านี้ ไม่ว่าคุณจะระบุวาล์วสำหรับโรงงานใหม่ แก้ไขปัญหาระบบที่ล้มเหลว หรือเพิ่มประสิทธิภาพโรงงานที่มีอยู่ ความชัดเจนว่าการจำแนกประเภทประเภทใดมีความสำคัญในบริบทเฉพาะของคุณเป็นก้าวแรกสู่ความเป็นเลิศทางวิศวกรรม