Com funciona una vàlvula de compuerta de falca

-Anàlisi en profunditat del principi de funcionament de les vàlvules de compuerta de falca

En els sistemes de canonades industrials, les vàlvules fan la funció crítica d'interrompre o connectar el flux de mitjans. Entre elles, les vàlvules de compuerta de falca s'utilitzen àmpliament en condicions exigents com ara petroli, productes químics, gas natural, generació d'energia tèrmica i centrals nuclears a causa de l'estabilitat de la seva estructura de segellat metàl·lic i la seva capacitat de tancament-bidireccional.

1. Què és la falca en una vàlvula de comporta de falca? (què és la falca a la vàlvula de comporta)
✅Abans d'aprofundir en com funciona una vàlvula de compuerta de falca, cal aclarir un concepte fonamental:què és la falca a la vàlvula de comporta. En el disseny de la vàlvula de comporta, la falca no és una peça separada addicional, sinó una característica geomètrica de la pròpia porta.

✅La porta de falca és un disc metàl·lic amb les dues superfícies de segellat amb un cert angle d'inclinació. La seva secció-transversal és més ampla a la part superior i més estreta a la part inferior, formant una forma de falca que s'uneix amb les superfícies de segellat del seient de la vàlvula inclinades de manera similar dins del cos de la vàlvula. Quan la tija condueix la porta cap avall, l'estructura de la falca força una pressió normal en direcció horitzontal entre les superfícies de segellat i els seients, bloquejant així el flux de mitjans des del costat d'entrada al costat de sortida.

2. Procés bàsic de treball d'una vàlvula de compuerta de falca
✅El mecanisme de funcionament d'una vàlvula de compuerta de falca consisteix principalment en un volant (o actuador elèctric/pneumàtic), una tija i una comporta. La tija està connectada a la porta mitjançant fils trapezoïdals o una ranura en T-, la qual cosa permet que la porta es mogui cap amunt i cap avall fent girar la tija.

✅Quan s'obre la vàlvula, la tija estira la porta cap amunt i la porta de falca es desenganxa gradualment del contacte de subjecció dels dos seients. Quan la porta s'eleva completament a la part superior de la cavitat del cos de la vàlvula (és a dir, la posició totalment oberta), el medi pot fluir sense obstacles pels canals de la cavitat de la vàlvula a ambdós costats de la porta, donant lloc a una caiguda de pressió gairebé nul·la a través de la vàlvula. Per a la majoria de sistemes de canonades industrials, el disseny del coeficient de resistència al flux (Cv值) d'una vàlvula de comporta en estat totalment obert fa que la seva pèrdua de pressió sigui generalment insignificant.

✅El procés de tancament és a l'inrevés: la tija condueix la porta cap avall. Quan la porta entra a la zona del seient, la geometria de la falca comença a tenir efecte. Amb una força addicional aplicada per la tija, la porta de la falca es força a l'espai del seient, generant una pressió específica de falca entre les dues superfícies de segellat i els seients, que bloqueja la pressió mitjana aigües avall, completant així l'operació de tancament-.

✅ Segons l'estàndard API 600 de l'American Petroleum Institute, l'angle de falca (és a dir, l'angle entre la superfície de segellat i la línia central del cos de la vàlvula) d'una vàlvula de compuerta de falca normalment es dissenya entre 2 graus i 5 graus. Actualment, un angle de falca de 5 graus és el més comú als productes convencionals. Per a alguns sistemes de canonades amb temperatures de funcionament relativament baixes, es pot utilitzar un petit angle de 2 graus 52' per reduir el parell d'obertura/tancament alhora que garanteix un rendiment de segellat a baixa-pressió.

3. Precisió de mecanitzat de les superfícies de segellat de la porta i dels materials de la capa de segellat
✅La clau per aconseguir un tancament hermètic-en una vàlvula de compuerta de falca no només rau en la geometria de la falca, sinó també en la precisió de mecanitzat i la configuració del material de les superfícies de segellat. Prenent com a exemple una vàlvula de compuerta de falca de classe 150 de 8 polzades, la planitud de les seves dues superfícies de segellat normalment es controla dins de 0,02 mm/m, i la rugositat de la superfície no és superior a Ra0,4, assegurant que no hi ha trajectes de fuites microscòpiques quan s'acoblen.

4. Tipus de vàlvules de comporta de falca: falca sòlida, falca flexible i falca dividida
Les vàlvules de comporta de falca es poden classificar en tres tipus segons la forma estructural de la porta. Entre aquests,què és la vàlvula de comporta de falca flexibleés una pregunta freqüent pels usuaris.

• Falca sòlidaés el disseny més tradicional, amb la porta fosa com una sola peça sòlida. Té una gran rigidesa i una estructura senzilla, adequada per a medis nets en condicions normals de temperatura i pressió (p. ex., aigua circulant, vapor de baixa-pressió, productes petroliers refinats, etc.). Tanmateix, a les canonades amb grans diferències de temperatura o fluctuacions freqüents de temperatura, la falca sòlida és propensa a l'embussos d'expansió tèrmica.

• Falca Flexibleaborda aquest inconvenient de la falca sòlida mitjançant l'optimització estructural. Els dissenyadors mecanitzen una ranura anular al llarg de la circumferència al mig de la porta, permetent que la porta mantingui certa flexibilitat en la direcció axial. L'amplada de la ranura anular d'una porta de falca flexible és generalment de 3 a 6 mm i la profunditat de la ranura és d'uns dos -terços del gruix de la porta.
• Les centrals nuclears i algunes canonades de vapor d'{0}}alta temperatura presten especial atenció a l'estructura flexible de la falca a l'hora de seleccionar les vàlvules, perquè la falca flexible ajuda, en certa mesura, a mitigar el risc d'embussos tèrmics causats per ràpids transitoris de temperatura en condicions d'alta-temperatura.

• Falca divididaconsta de dos discos de porta independents connectats per un mecanisme de molla. Tots dos discos poden girar lleugerament al voltant d'un passador de frontissa o flotar axialment. Aquesta estructura millora encara més l'adaptabilitat del seient. Fins i tot si les dues superfícies de segellat dins del cos de la vàlvula es tornen no paral·leles a causa de la deformació de la colada o les desviacions de la soldadura, els dos discs de la porta de la falca dividida es poden adaptar independentment a les seves superfícies de segellat corresponents, garantint el segellat a ambdós costats.

5. Paràmetre clau que afecta el rendiment de tancament-de les vàlvules de compuerta de falca: selecció de l'angle de falca
✅El valor de l'angle de falca afecta directament el rendiment de segellat i la flexibilitat operativa d'una vàlvula de falca. Si l'angle de la falca és massa petit (p. ex., menys de 2 graus), l'empenta cap avall aplicada per la tija no es pot convertir eficaçment en una pressió normal de superfície de segellat suficient, cosa que pot provocar una fuita mitjana que superi els límits permesos en condicions de baixa-pressió.

✅ Si l'angle de la falca és massa gran (per exemple, superior a 8 graus), la fricció inversa generada quan la porta s'enganxa als seients augmenta bruscament, no només augmenta el parell d'obertura/tancament, sinó que també accelera el desgast mecànic de les superfícies de segellat.