Pillangószelepek

A pillangószelep egy negyedfordulatú (90°) zárószelep, ahol a záróelem – egy korong vagy tárcsa – a tengelye körül elfordulva nyitja vagy zárja az áramlást. Széles körben használják folyadékok és gázok vezérlésére nagy átmérőjű csőrendszerekben, mivel kis helyet foglal, gyorsan működik és viszonylag olcsó.

Kialakítás

A pillangószelepek különböző csatlakozási és szerkezeti kialakításokban készülnek. Wafer típus esetén a szelep a csőkarimák közé szorítva (szendvics elrendezésben) kerül beépítésre, így rendkívül kompakt és gazdaságos. Ezzel szemben a lug kivitel menetes „fülekkel” rendelkezik, amelyek önálló karimacsavarozást tesznek lehetővé; ezáltal a szelep egy oldalról demontálható („zsákutca-kialakítás”) karbantartás vagy átépítés esetén. A karimás (flange) pillangószelepek kétrészes, beépített peremekkel rendelkeznek mindkét végén, így különösen nagy nyomású rendszerekben biztosítanak szilárd, tömített csatlakozást.

A záróelem (tárcsa) tengelyezés szerint is több típust különböztetünk meg. A koncentrikus (középpontos) kialakításnál a tárcsa és a tengely középpontja egy vonalban van a szeleptest középpontjával. Ez egyszerű, lágy tömítésű szerkezet, amely költséghatékony és általános célú, mérsékelt nyomású rendszerekben alkalmazható. A dupla eltolású kivitelben a tárcsa tengelye el van tolva a szeleptest középvonalától és a tárcsa közepétől is. Ez a megoldás kinyitáskor gyorsabban feloldja a tömítést, jelentősen csökkentve a lemez és a tömítés közötti súrlódást és kopást, miközben javítja a tömítés tartósságát. A hármas eltolású kialakításnál pedig három eltolt tengely találkozik: a tárcsa szárának, a lemez tömítőfelületének és a szeleptest középpontjának tengelye egyetlen pontban sem metszi egymást. Így fém-fém tömítést valósítanak meg, amely gyakorlatilag nullára csökkenti a szivárgást nagy nyomás és magas hőmérséklet mellett. Ezen kivitelek különösen igényes ipari körülményekhez készülnek, ahol a hosszú élettartam és a kiváló tömítés elvárt.

Közegek és anyagválasztás

A pillangószelepeket számos közegnél használhatunk: víz, szennyvíz, gőz, levegő, nemesgázok, vegyi oldatok, savas-lúgos anyagok, olajok és egyéb folyadékok vagy gázok áramoltatása esetén. A szeleptest anyagát minden esetben a szállított közeg tulajdonságaihoz és a működési körülményekhez választjuk.

Általános vizes vagy enyhén szennyezett (pl. vízkezelő, HVAC) rendszerekben gyakori a szürkeöntvény vagy gömbgrafitos öntvény alkalmazása, mivel alacsony költségű és megfelelő mechanikai szilárdságú kis- és közepes nyomású berendezésekhez. Magasabb nyomású vagy magas hőmérsékletű rendszerekben inkább karbonacél (pl. ASTM A216 WCB) vagy saválló acél (pl. A351 CF8/CF8M 304/316) testű szelepeket használnak, amelyek nagyobb nyomásállósággal és korrózióállósággal rendelkeznek. Kémiai feldolgozásnál vagy tengerpartra telepített rendszerekben elterjedt a 316-os saválló acél, illetve speciális ötvözetek és bevonatok (pl. NiAl-bronz, epoxigyanta) használata a korrózió megakadályozására. Egyes agresszív közegben gumírozott vagy teflon bevonatú (PTFE) belső felületű szelepek is alkalmazhatók. Összefoglalva, az anyagválasztáskor a legfőbb szempont a közeg típusa (pl. ivóvíz, vegyszer, olaj stb.), valamint a névleges nyomás- és hőmérsékleti tartomány.

Tömítések: EPDM, PTFE, Szilikon, NBR

A pillangószelep tömítésére (üléktömítésre, mandzsettára) többféle elasztomer vagy műanyag anyag használatos. Az alábbiakban a leggyakoribb tömítőanyagokat ismertetjük:

• EPDM (etilén-propilén-dién-monomer): Általános, vizes és vegyszeres közegben széles körben alkalmazható. Ellenáll a hidegnek (kb. -40°C-ig), jó hőállósága kb. +120°C, valamint kitűnően tűri a vízben oldott sókat, savakat (híg állapotban), lúgokat és alkoholokat. Különösen alkalmas városi víz- és ivóvízhálózatokba, gőzvezetékre, valamint élelmiszeripari rendszerekbe (FDA-minősítésű változatban). Hátránya, hogy alacsony ellenállással bír a szénhidrogéneknek, olajoknak és oldószereknek, valamint az ózon és ultraibolya fény is gyorsan öregítheti.
• NBR (nitrilgumi, Buna-N): Jól bírja a motorolajokat, hidraulikaolajokat, tüzelőanyagokat és a szintetikus gumikat, ezért olajszállító és üzemanyag-rendszerekben használatos. Hőállósága általában -20°C - +80°C között van, kopásálló és tömítőjellemzője kiváló. Hátránya, hogy hidegben a gumi rideggé válik, nem bírja az ózont és klórozott szénhidrogéneket, illetve magas hőmérsékletet.
• PTFE (Teflon): Főleg kémiai szállításra és magas hőmérsékletre ajánlott. A PTFE szinte minden kémiai anyagot elvisel (erős savakat, lúgokat, oldószereket), inert, és +260°C körüli folyamatos üzemi hőmérsékletig nyújt tömítést. Előnye továbbá a nagyon alacsony felületi súrlódás, így a szelep könnyen nyitható még nagy nyomáson is. Hátránya, hogy viszonylag drága, és rugalmatlanabb a gumitöméseknél.
• Szilikon: Kiemelkedően rugalmas, széles hőmérsékleti tartományban használható ( -60°C - +150°C körül), jól bírja a hideget és melegedést egyaránt. Esetenként élelmiszeripari szelepekben is alkalmazzák. Gyenge pontja a viszonylag alacsony szakítószilárdság és a kevésbé ellenálló kémiai behatásokkal szemben (olajokkal, oldószerekkel szemben gyengébb). A szilikontömítés általában piros vagy narancssárga színéről is felismerhető.

Nyomás, méretek és anyagminőségek

A pillangószelepek névleges átmérője széles skálán elérhető: DN 25 (1")-tól akár DN 3000 (118") méretig terjedhet. A nyomásfokozatokat jellemzően PN (Pression Nominale) megjelöléssel adják meg. Szakmai gyakorlatban leggyakrabban PN6, PN10, PN16, PN25, PN40 értékekkel találkozhatunk, de léteznek kifejezetten magas nyomásra készült (pl. PN64) kivitelek is. Angolszász szabványok szerint ekvivalens az ANSI 150, 300 osztályokkal.

Az anyagminőségek tekintetében is standard jelöléseket használnak. Például öntöttvasak esetén gyakori az EN-GJL-250 vagy GGG-40 (szürke- illetve gömbgrafitos öntvény), karbonacéloknál ASTM A216 WCB/WCC jelölés. A saválló szelepekben az AISI 304 vagy AISI 316 minőséget (vagy ezek ötvözeteit, pl. CF8/CF8M) használják. Nikkelötvözetes és bronz kivitelek ritkábban fordulnak elő speciális (tenger közeli vagy vegyipari) alkalmazásokban. Az alkalmazott anyagokat minden esetben a működési nyomás, hőmérséklet és a kémiai környezet szerint kell kiválasztani.

Meghajtások

A pillangószelepek működtetése történhet manuálisan vagy automatizált hajtóművekkel. Kézikar (lengőkar) egyszerű és olcsó megoldás kis szelepméreteknél, ahol gyors beavatkozásra van szükség. Kézikerék (hajtóműves áttétel) nagyobb nyomatékot biztosít, és precízebb zárást eredményez nagyobb méretekben. A modern ipari rendszerekben gyakori az elektromos hajtómű (motorvezérlés), amely távvezérlést és szabályozott működést tesz lehetővé. Gyorsabb működéshez pedig a pneumatikus hajtóműveket (sűrített levegővel működő henger) választják. Ritkábban, nagyobb méretekben előfordul hidraulikus meghajtás is. A hajtómű választásakor figyelembe kell venni a kívánt nyitás-sebességet, működési ciklus gyakoriságát és az üzemi körülményeket (pl. robbanásveszélyes közegben elektromos helyett pneumatika).

Gyakori problémák és hibák

Pillangószelepeknél a leggyakoribb üzemzavarok a tömítőfelületek kopásából és a beépítési hibákból erednek. Az ülékek (gumi- vagy PTFE tömítések) öregedése, mechanikai sérülése vagy szennyeződések okozta karcolódása zsírfolyást és szivárgást idézhet elő. Ha a szelep az áramlási irányhoz képest fordítva lett beszerelve, az is tömítetlenséget eredményezhet. A gyakori nyitás-zárás fokozott kopáshoz vezet, növelve a szivárgási kockázatot. Emellett a szemcsés közeg („iszap”, homok) nagyobb kopást okoz a korong és az ülék felületén. A mechanikus sérülések (pl. tengelyhibák) is gyakran nehezítik a szelep forgását vagy tömítődését. Külön figyelmet igényel a karimaillesztés precizitása: ha a szelep két végén a peremek nincsenek párhuzamosra hegesztve, feszültség keletkezhet a szerkezetben, ami szivárgást eredményezhet. Végül extrém hőmérsékletnél a gumiülékek merevvé válhatnak vagy megolvadhatnak, ezért magas hőre speciális fémes tömítésű kivitelek (pl. hármas eltolású) válhatnak szükségessé.

Tippek a helyes választáshoz

A megfelelő pillangószelep kiválasztása az üzemi követelmények pontos felmérésével kezdődik. Fontolja meg az alábbi szempontokat:

• Alkalmazási cél: Döntse el, hogy a szelep elsősorban szabályozásra (szabályozószelepnek) vagy lezárásra (elzárószelepnek) szolgál-e. Áramlásvezérléshez olyan modellt érdemes választani, amely finom beavatkozást és kiépített pozícionáló csatlakozást kínál. Teljes záráskor (on/off üzem) inkább egyszerűbb kialakítás is elegendő, de ilyenkor szivárgásmentes zárást kell biztosítani.
• Közeg és anyagkompatibilitás: A szelep anyagának korrózióállónak kell lennie az átáramló közeggel szemben. Agresszív vegyszerek (savak, lúgok) esetén válasszon rozsdamentes acélt vagy más korrózióálló ötvözetet. Semleges vízszállításnál egyes esetben elég lehet a gazdaságosabb öntöttvas test, de ivóvízre minden esetben jóváhagyott üléktömítést és bevonatot használjunk. Gondolja át a közeg szemcseméretét is; ha hordalék van a folyadékban, koptathatóbb tömítésekkel, vagy belső bevonattal védett tárcsával tervezze a szelepet. A tömítéshőmérsékletet a tervezett hőmérséklet-tartományhoz kell igazítani (például magas hőre fém ülékes kettős vagy hármas eltolt szelepet alkalmazzunk). 
• Nyomás és hőmérséklet: Ellenőrizze a rendszer névleges nyomását és hőmérsékletét. Nagyobb nyomású rendszerekhez (pl. >PN16) a dupla vagy tripla eltolású kialakítás megfelelőbb lehet, mert kevesebb nyitási nyomatékot igényel és a tömítés tartósabb ilyen körülmények között. Magas hőmérsékletnél fém tömítési technológiák javasoltak (vagy speciális magas hőmérsékletű gumik). Ügyeljen a szelep PN/ANSI minősítésének illeszkedésére a rendszerére.
• Működtetési módok: Gondolja végig a vezérlés módját. Kézikerék vagy kar egyszerű rendszerekhez elegendő lehet, de távoli vagy automatikus vezérléshez válasszon elektromos vagy pneumatikus meghajtást. A pneumatikus hajtómű gyors, robbanásveszélyes környezetben biztonságos lehet, míg az elektromos jól beállítható és távolról irányítható. Győződjön meg róla, hogy a hajtómű maximális nyomatéka nagyobb, mint amennyit a szelep várhatóan igényel.
• Szabványok és tanúsítványok: Ellenőrizze, hogy a szelep megfelel-e a releváns ipari szabványoknak (például API 609, EN 593 pillangószelepekre vonatkozó előírások) és az ISO minőségbiztosítási kritériumainak. Speciális alkalmazásokban (élelmiszer-, gyógyszer-, tűzvédelmi rendszerek) előírhatók további minősítések (pl. FDA, EHEDG higiéniai szabvány vagy API 607/ISO 10497 tűzvizsgálati tanúsítvány). Az ilyen tanúsítványok megléte garantálja, hogy a szelep anyagai és kialakítása megfelel a biztonság és élelmiszerhigiénia követelményeinek.
• Költség és megbízhatóság: Mérlegelje a költségvetési korlátokat és a hosszú távú megbízhatóságot. A „nagy teljesítményű” szelepek (HPBV) többletköltséget jelenthetnek, de kemény ülékeik és fejlett anyagaik miatt extrém körülmények között is hosszú távon tökéletesen látják el funkciójukat. Ha a működési körülmények nem extrémek, egy standard kialakítású, szelep is kielégítő lehet alacsonyabb áron. 

Egy jól megválasztott pillangószelep a rendszer energiahatékonyságát javítja, megbízható zárást és szabályozást biztosít, és hosszú élettartamú működést tesz lehetővé.