การวิเคราะห์อย่างครอบคลุมเกี่ยวกับวาล์วผีเสื้อที่มีความยืดหยุ่น

วาล์วผีเสื้อยืดหยุ่นวาล์วผีเสื้อชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในท่อส่งอุตสาหกรรมนั้น ใช้วัสดุที่มีความยืดหยุ่น เช่น ยาง เป็นพื้นผิวในการปิดผนึก โดยอาศัย "ความยืดหยุ่นของวัสดุ" และ "การบีบอัดของโครงสร้าง" เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการปิดผนึก
บทความนี้ไม่เพียงแต่แนะนำโครงสร้าง การใช้งาน และวัสดุเท่านั้น แต่ยังวิเคราะห์สิ่งเหล่านั้นตั้งแต่ความรู้ทั่วไปไปจนถึงตรรกะเชิงลึกอีกด้วย

1. ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับวาล์วผีเสื้อแบบยืดหยุ่น (คำอธิบายโดยย่อ)

1.1 โครงสร้างพื้นฐาน

ตัววาล์ว:โดยทั่วไปจะเป็นประเภทเวเฟอร์ ประเภทสลัก หรือประเภทมีหน้าแปลน
แผ่นวาล์ว:แผ่นโลหะทรงกลมที่กดทับยางรองเมื่อปิดสนิทเพื่อสร้างการปิดผนึก
บ่าวาล์ว:ผลิตจากวัสดุที่มีความยืดหยุ่น เช่น NBR/EPDM/PTFE/ยางบุภายใน ทำงานร่วมกับแผ่นวาล์ว
แกนวาล์ว:โดยส่วนใหญ่จะใช้การออกแบบแบบเพลาเดี่ยวหรือเพลาคู่
ตัวกระตุ้น:ด้ามจับ,เฟืองตัวหนอน,ไฟฟ้า,ลม ฯลฯ

1.2 คุณสมบัติทั่วไป

ระดับการปิดผนึกโดยปกติจะทำให้ไม่มีการรั่วไหล
ต้นทุนต่ำและใช้งานได้หลากหลาย
ส่วนใหญ่ใช้ในระบบแรงดันต่ำถึงปานกลาง เช่น ระบบน้ำ ระบบปรับอากาศ ระบบทำความร้อนและความเย็น และอุตสาหกรรมเคมีขนาดเล็ก

2. ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับวาล์วผีเสื้อแบบยืดหยุ่น

2.1 แก่นแท้ของการปิดผนึกคือความยืดหยุ่นของยาง

หลายคนเชื่อว่า "เบาะที่ยืดหยุ่นได้นั้นอาศัยความยืดหยุ่นของยางในการปิดผนึก"
แก่นแท้ของการปิดผนึกคือ:
ระยะห่างระหว่างตัววาล์วและแกนวาล์ว + ความหนาของแผ่นวาล์ว + วิธีการยึดเบาะวาล์ว
เมื่อรวมกันแล้วจะสร้าง "โซนการบีบอัดที่ควบคุมได้"
พูดอย่างง่ายๆ:
ยางต้องไม่หลวมหรือแน่นเกินไป การทำงานของยางขึ้นอยู่กับ "โซนการบีบอัดเพื่อการปิดผนึก" ซึ่งควบคุมโดยความแม่นยำในการผลิต
เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ?
แรงอัดไม่เพียงพอ: วาล์วรั่วเมื่อปิดสนิท
การบีบอัดมากเกินไป: แรงบิดสูงมาก ทำให้ยางเสื่อมสภาพก่อนวัยอันควร

2.2 รูปทรงแผ่นดิสก์ที่เพรียวบางกว่าจะประหยัดพลังงานมากกว่าหรือไม่?

มุมมองทั่วไป: แผ่นวาล์วที่มีรูปทรงเพรียวบางสามารถลดการสูญเสียแรงดันได้
ตามทฤษฎี "กลศาสตร์ของไหล" แล้วนี่เป็นความจริง แต่ก็ไม่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างสมบูรณ์กับการใช้งานจริงของวาล์วผีเสื้อแบบยืดหยุ่นได้
เหตุผล:
สาเหตุหลักของการสูญเสียแรงดันในวาล์วผีเสื้อไม่ได้อยู่ที่รูปทรงของแผ่นวาล์ว แต่เกิดจาก "ปรากฏการณ์อุโมงค์ไมโครแชนเนล" ที่เกิดจากการหดตัวของยางรองวาล์ว หากแผ่นวาล์วบางเกินไป อาจทำให้แรงดันสัมผัสไม่เพียงพอ ส่งผลให้แนวซีลไม่ต่อเนื่องและเกิดการรั่วไหลได้
แผ่นวาล์วที่มีรูปทรงเพรียวบางอาจทำให้เกิดจุดที่เกิดแรงกดสูงบนยาง ส่งผลให้อายุการใช้งานของยางลดลง
ดังนั้น การออกแบบวาล์วผีเสื้อแบบซีลอ่อนจึงให้ความสำคัญกับ "ความเสถียรของแนวซีล" มากกว่าความลื่นไหล

2.3 วาล์วผีเสื้อแบบซีลอ่อนจะมีโครงสร้างเฉพาะตรงกลางเท่านั้น

ในโลกออนไลน์มักมีการกล่าวกันว่า วาล์วผีเสื้อแบบเยื้องศูนย์ควรใช้ซีลโลหะแบบแข็ง
อย่างไรก็ตาม ประสบการณ์ทางวิศวกรรมในโลกแห่งความเป็นจริงแสดงให้เห็นว่า:
ความเยื้องศูนย์สองเท่าช่วยยืดอายุการใช้งานของวาล์วผีเสื้อแบบยืดหยุ่นได้อย่างมาก
เหตุผล:
ความเยื้องศูนย์สองเท่า: แผ่นวาล์วจะสัมผัสกับยางเฉพาะในช่วง 2-3 องศาสุดท้ายของการปิดเท่านั้น ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานได้อย่างมาก
แรงบิดต่ำลง ส่งผลให้สามารถเลือกใช้แอคชูเอเตอร์ได้อย่างประหยัดยิ่งขึ้น

2.4 ปัจจัยหลักที่ควรพิจารณาสำหรับเบาะยางคือ "ชื่อวัสดุ"*

ผู้ใช้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นเฉพาะ:
อีพีดีเอ็ม
เอ็นบีอาร์
ไวตัน (เอฟเคเอ็ม)
แต่สิ่งที่ส่งผลต่ออายุขัยอย่างแท้จริงคือ:

2.4.1 ความแข็งชอร์:

ตัวอย่างเช่น ความแข็ง Shore A ของ EPDM ไม่ได้หมายความว่า "ยิ่งนุ่มยิ่งดี" โดยทั่วไปแล้ว ค่า 65-75 คือจุดสมดุลที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งจะทำให้ไม่มีการรั่วซึมที่แรงดันต่ำ (PN10-16)
อ่อนเกินไป: แรงบิดต่ำ แต่ฉีกขาดง่าย ในสภาวะที่มีแรงดันสูง (>2 MPa) หรือสภาพแวดล้อมที่ปั่นป่วน ยางที่อ่อนเกินไปจะถูกอัดแน่นมากเกินไป ทำให้เกิดการเสียรูปจากการอัดรีด นอกจากนี้ อุณหภูมิสูง (>80°C) ยังทำให้ยางอ่อนตัวลงไปอีก
แข็งเกินไป: ยากต่อการปิดผนึก โดยเฉพาะในระบบแรงดันต่ำ (<1 MPa) ซึ่งยางไม่สามารถถูกบีบอัดได้เพียงพอที่จะสร้างรอยต่อที่กันอากาศได้ ทำให้เกิดการรั่วซึมเล็กน้อย

2.4.2 อุณหภูมิการวัลคาไนซ์และระยะเวลาการบ่ม

อุณหภูมิและเวลาในการบ่มในกระบวนการวัลคาไนซ์ควบคุมการเชื่อมขวางของสายโมเลกุลยาง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อเสถียรภาพของโครงสร้างเครือข่ายและประสิทธิภาพในระยะยาว โดยทั่วไปอุณหภูมิจะอยู่ที่ 140-160°C เป็นเวลา 30-60 นาที อุณหภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไปจะทำให้การบ่มไม่สม่ำเสมอและเร่งการบ่ม โดยทั่วไปบริษัทของเราใช้วิธีวัลคาไนซ์แบบหลายขั้นตอน (บ่มเบื้องต้นที่อุณหภูมิ 140°C และบ่มภายหลังที่อุณหภูมิ 150°C) 2.4.3 การเซ็ตตัวด้วยการบีบอัด
ค่าการเสียรูปถาวร (Compression set) หมายถึงสัดส่วนของการเสียรูปถาวรที่เกิดขึ้นกับยางภายใต้แรงกดคงที่ (โดยปกติคือการอัด 25%-50% ทดสอบที่ 70°C/22 ชั่วโมง ตามมาตรฐาน ASTM D395) และไม่สามารถคืนรูปได้อย่างสมบูรณ์ ค่าที่เหมาะสมสำหรับค่าการเสียรูปถาวรคือ <20% ค่านี้เป็น "คอขวด" สำหรับการปิดผนึกวาล์วในระยะยาว แรงดันสูงในระยะยาวจะทำให้เกิดช่องว่างถาวรและก่อให้เกิดจุดรั่วซึม

2.4.4 ความแข็งแรงดึง

A. ความแข็งแรงดึง (โดยทั่วไป >10 MPa, ASTM D412) คือความเค้นสูงสุดที่ยางสามารถทนได้ก่อนที่จะแตกหัก และมีความสำคัญต่อความทนทานต่อการสึกหรอและความทนทานต่อการฉีกขาดของที่นั่งวาล์ว ปริมาณยางและอัตราส่วนของผงคาร์บอนแบล็กเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงดึงของที่นั่งวาล์ว
ในวาล์วผีเสื้อ จะต้านทานการเฉือนจากขอบแผ่นวาล์วและแรงกระแทกของของเหลว

2.4.5 อันตรายแอบแฝงที่ใหญ่ที่สุดของวาล์วผีเสื้อคือการรั่วไหล

ในอุบัติเหตุทางวิศวกรรม การรั่วไหลมักไม่ใช่ปัญหาใหญ่ที่สุด แต่เป็นแรงบิดที่เพิ่มขึ้นต่างหาก
สิ่งที่นำไปสู่ความล้มเหลวของระบบจริงๆ คือ:
แรงบิดพุ่งขึ้นอย่างกะทันหัน → ความเสียหายของเฟืองตัวหนอน → ตัวกระตุ้นสะดุด → วาล์วติดขัด

ทำไมแรงบิดถึงเพิ่มขึ้นกะทันหัน?

- การขยายตัวของที่นั่งวาล์วที่อุณหภูมิสูง
- การดูดซับน้ำและการขยายตัวของยาง (โดยเฉพาะ EPDM คุณภาพต่ำ)
- การเสียรูปถาวรของยางเนื่องจากการบีบอัดในระยะยาว
- การออกแบบช่องว่างระหว่างก้านวาล์วและแผ่นวาล์วไม่ถูกต้อง
- ที่นั่งวาล์วไม่หักอย่างถูกต้องหลังจากเปลี่ยน
ดังนั้น “กราฟแรงบิด” จึงเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญมาก

2.4.6 ความแม่นยำของการตัดเฉือนตัววาล์วไม่ใช่เรื่องไม่สำคัญ

หลายๆ คนเข้าใจผิดคิดว่าการปิดผนึกวาล์วผีเสื้อแบบนิ่มนั้นอาศัยยางเป็นหลัก ดังนั้นความแม่นยำในการตัดเฉือนของตัววาล์วจึงไม่สูง
นี่มันผิดอย่างสิ้นเชิง
ความแม่นยำของตัววาล์วมีผลต่อ:
ความลึกของร่องที่นั่งวาล์ว → การเบี่ยงเบนการบีบอัดการปิดผนึก ทำให้เกิดการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องได้ง่ายในระหว่างการเปิดและปิด
การลบมุมขอบร่องไม่เพียงพอ → ทำให้เกิดรอยขีดข่วนในระหว่างการติดตั้งที่นั่งวาล์ว
ข้อผิดพลาดที่ระยะกึ่งกลางของดิสก์วาล์ว → การสัมผัสที่มากเกินไปในบริเวณนั้น

2.4.7 แกนหลักของ "วาล์วผีเสื้อที่บุด้วยยาง/PTFE ทั้งหมด" คือ แผ่นวาล์ว

แกนหลักของโครงสร้างที่บุด้วยยางหรือ PTFE ทั้งหมดนั้นไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อ "ให้มีพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ทนทานต่อการกัดกร่อน" แต่เพื่อป้องกันไม่ให้ตัวกลางเข้าไปในช่องไมโครภายในตัววาล์ว ปัญหาหลายอย่างของวาล์วผีเสื้อราคาไม่แพงไม่ได้เกิดจากคุณภาพของยางที่ไม่ดี แต่เกิดจาก:

“ช่องว่างรูปลิ่ม” ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างที่นั่งวาล์วและตัววาล์วไม่ได้รับการแก้ไขอย่างเหมาะสม
การกัดกร่อนของของเหลวในระยะยาว → รอยแตกร้าวขนาดเล็ก → ยางพองและโป่งพอง
ขั้นตอนสุดท้ายคือความล้มเหลวเฉพาะที่ของที่นั่งวาล์ว

3. เหตุใดวาล์วผีเสื้อแบบยืดหยุ่นจึงถูกใช้ทั่วโลก?

นอกจากต้นทุนต่ำแล้ว ยังมีเหตุผลสำคัญอีกสามประการ ได้แก่:

3.1. ความทนทานต่อความผิดพลาดสูงมาก

เมื่อเปรียบเทียบกับซีลโลหะแล้ว ซีลยางมีความยืดหยุ่นที่ยอดเยี่ยม จึงทนทานต่อการติดตั้งที่เบี่ยงเบนและการเสียรูปเล็กน้อยได้ดี
แม้แต่ข้อผิดพลาดในการผลิตท่อล่วงหน้า ความเบี่ยงเบนของหน้าแปลน และความเค้นของสลักที่ไม่สม่ำเสมอ จะถูกดูดซับโดยความยืดหยุ่นของยาง (แน่นอนว่าสิ่งนี้มีจำกัดและไม่พึงประสงค์ และจะทำให้เกิดความเสียหายต่อท่อและวาล์วในระยะยาว)

3.2. ความสามารถในการปรับตัวที่ดีที่สุดต่อความผันผวนของแรงดันของระบบ

ซีลยางนั้นไม่ "เปราะ" เท่ากับซีลโลหะ แต่จะชดเชยแนวซีลโดยอัตโนมัติเมื่อมีความผันผวนของแรงดัน

3.3. ต้นทุนวงจรชีวิตรวมต่ำสุด

วาล์วผีเสื้อแบบปิดผนึกแข็งมีความทนทานมากกว่า แต่ต้นทุนและต้นทุนของตัวกระตุ้นจะสูงกว่า
เมื่อเปรียบเทียบแล้ว ต้นทุนการลงทุนและการบำรุงรักษาโดยรวมของ Resilient Butterfly Valves ถือว่าประหยัดกว่า

4. บทสรุป

คุณค่าของวาล์วผีเสื้อยืดหยุ่นไม่ใช่แค่ “การปิดผนึกอย่างนุ่มนวล”
วาล์วผีเสื้อปิดผนึกอ่อนอาจดูเรียบง่าย แต่ผลิตภัณฑ์ที่ยอดเยี่ยมอย่างแท้จริงนั้นได้รับการสนับสนุนโดยตรรกะที่เข้มงวดในระดับวิศวกรรม ซึ่งรวมถึง:
การออกแบบโซนการบีบอัดที่แม่นยำ
ประสิทธิภาพของยางที่ควบคุมได้
การจับคู่ทางเรขาคณิตของตัววาล์วและก้านวาล์ว
กระบวนการประกอบที่นั่งวาล์ว
การจัดการแรงบิด
การทดสอบวงจรชีวิต
สิ่งเหล่านี้เป็นปัจจัยหลักในการกำหนดคุณภาพ ไม่ใช่ “ชื่อวัสดุ” หรือ “โครงสร้างรูปลักษณ์”

หมายเหตุ:* ข้อมูลอ้างอิงถึงเว็บไซต์นี้:https://zfavalves.com/blog/ปัจจัยสำคัญที่กำหนดคุณภาพของซีลยางแบบนิ่ม/