Introduzione
Le valvole a sfera sono ampiamente utilizzate in molti settori industriali come parti essenziali delle apparecchiature per la regolazione del flusso dei fluidi. Grazie alla loro struttura di base, costituita da una sfera cava e forata che ruota per aprire o chiudere il flusso, sono ampiamente utilizzate in diversi settori. È importante conoscere i vari tipi di valvole a sfera e il tipo di valvola adatto a una determinata applicazione, che si tratti di alta pressione, alta temperatura o controllo del flusso.
Dalle valvole a sfera flottanti alle valvole a sfera a cerniera, e molte altre ancora, il che rende possibile trovare una valvola a sfera per quasi tutte le applicazioni specifiche. In questo articolo discuteremo gli elementi di base delle valvole a sfera, descriveremo i tipi più diffusi e vi aiuteremo a fare la scelta giusta di una valvola. Nel corso dell'articolo, parleremo anche della loro costruzione, dei materiali di cui sono composte e delle applicazioni specifiche a cui sono destinate, in modo da fornire un quadro completo di questi strumenti indispensabili.
Componenti chiave: Componenti di una valvola a sfera
Le valvole a sfera sono costituite da diversi sottogruppi, di cui descriviamo brevemente i singoli elementi e il loro scopo. Questi includono:
Corpo valvola: Il corpo della valvola funge da involucro esterno che racchiude e protegge tutte le parti interne da eventuali danni fisici e tecnologici. Costruito con l'uso di acciaio inossidabile, acciaio al carbonio o ottone, fornisce un rinforzo e un'elevata tolleranza alla pressione, al calore e alla ruggine, garantendo così la durata in ambienti industriali difficili.
Palla: La parte sferica con un foro centrale passante che controlla il flusso. È progettata per garantire un'immensa facilità di rotolamento e la sfera è solitamente realizzata in acciaio inossidabile o in un altro tipo di metallo resistente per far fronte a condizioni di pressione e temperatura elevate.
Sede della valvola: La sede sferica della valvola è l'interfaccia di tenuta fondamentale tra la sfera e il corpo della valvola, con una funzione di tenuta contro le perdite. Il PTFE (Teflon) è consigliato per un uso generale grazie alla sua flessibilità, mentre le sedi metalliche sono consigliate per servizi ad alta temperatura, alta pressione e abrasivi.
Stelo della valvola: Lo stelo della valvola è un albero rotante che collega la sfera alla maniglia o all'attuatore, controllando o ruotando il corpo compatto per un funzionamento appropriato. Deve essere a prova di perdite e in grado di resistere all'usura, alcuni sono dotati di caratteristiche anti-sfogo e realizzati con materiali esenti da corrosione per soddisfare i requisiti di sicurezza e affidabilità necessari per applicazioni specifiche.
Maniglia o attuatore: La maniglia della valvola o l'attuatore hanno la possibilità di aprire o chiudere la valvola. Le maniglie manuali sono semplici e adatte a piccoli impianti; gli attuatori elettrici, pneumatici o idraulici eseguono le operazioni in modo automatico, con precisione, e sono efficienti e quindi utili in grandi operazioni che richiedono precisione e affidabilità.
Cofano o copertura: Schermano le parti interne e offrono l'accesso per la manutenzione alle valvole a sfera con ingresso dall'alto o alle valvole a corpo diviso.
Guarnizioni: Questi piccoli dettagli possono non essere una parte importante di un sistema, ma svolgono il ruolo di prevenire le perdite dovute agli spazi vuoti tra le altre parti. Solitamente costruiti in gomma, PTFE o metallo, garantiscono prestazioni stabili per quanto riguarda la pressione imposta, la temperatura o gli effetti chimici sulla valvola; preservano la resistenza della valvola in condizioni che potrebbero essere considerate difficili.
Questi componenti rendono le valvole a sfera flessibili, durevoli e adatte all'impiego in vari settori, come illustrato di seguito.
Esplorazione dei tipi di valvole a sfera
Le valvole a sfera sono componenti importanti nei sistemi industriali perché forniscono un controllo accurato e affidabile dei fluidi. È fondamentale conoscere i diversi tipi di valvole a sfera, compresa una varietà di valvole a sfera, per poter scegliere quella giusta per un determinato processo. A seconda della struttura, del percorso del flusso, del meccanismo di tenuta e dell'azionamento, queste valvole possono essere classificate per requisiti operativi specifici. Al fine di eliminare la confusione tra i professionisti del settore, il presente documento si propone di presentare un'analisi dettagliata dei vari tipi di valvole a sfera.
Classificazione per struttura
Valvole a sfera flottanti
Nelle valvole a sfera flottante, la sfera non è in contatto con nessun'altra parte della valvola oltre alle sedi e può muoversi leggermente verso l'alto e verso il basso quando viene applicata la pressione. Questo movimento consente alla sfera di appoggiarsi saldamente alla sede a valle. Grazie alle loro caratteristiche e al prezzo relativamente basso, sono ampiamente utilizzate in sistemi a bassa e media pressione e in tubazioni di piccole dimensioni. Ad esempio, queste valvole sono utilizzate di norma nei sistemi di approvvigionamento idrico o nelle reti di riscaldamento.
Valvole a sfera a cerniera
Le valvole a sfera trunnion sono dotate di supporti meccanici, i trunnion, nella parte superiore e inferiore della sfera. Questi supporti riducono al minimo l'usura della sede e rendono la valvola ideale per le condotte ad alta pressione e di grande diametro. Le valvole trunnion sono utilizzate in settori come quello petrolifero e del gas, dove le pressioni del sistema sono solitamente superiori a 500 bar. Sono di lunga durata e possono funzionare bene in condizioni difficili per lungo tempo.
Valvole a sfera elastiche
Queste valvole incorporano una sfera dotata di una piccola elasticità e sono generalmente utilizzate nei servizi ad alta temperatura e ad alta pressione. La proprietà elastica consente una tenuta precaricata e quindi sono adatte all'uso in condizioni difficili, come nelle centrali elettriche e nelle industrie di trasformazione chimica.
Valvole a sfera con attacco a V
Le valvole con attacco a V hanno un'apertura a forma di V nella sfera e sono ideali per servizi di controllo e strozzamento del flusso. Vengono utilizzate nei casi in cui è necessario controllare le portate, grazie alla loro capacità di controllare i flussi nelle industrie che trattano prodotti chimici.
Queste valvole sono disponibili in strutture a T o a L che consentono di deviare, unire o commutare i flussi. Vengono comunemente impiegate in sistemi che hanno un percorso di flusso reversibile, ad esempio nei sistemi di alimentazione idrica o multifase.
Valvole a sfera a quattro vie
Questi tipi di valvole hanno quattro percorsi di flusso e sono ideali per i sistemi complessi di controllo dei fluidi che richiedono un controllo multidirezionale in spazi limitati.
| Tipo | Caratteristiche principali | Industrie applicabili |
| Valvola a sfera flottante | La sfera galleggia sotto pressione per formare una guarnizione; design semplice | Trattamento delle acque, HVAC, condotte industriali generiche |
| Valvola a sfera fissa | La sfera è supportata da cuscinetti superiori e inferiori; adatta a sistemi ad alta pressione e di grande diametro | Petrolio e gas, industrie petrolchimiche, oleodotti ad alta pressione |
| Valvola a sfera elastica | La sfera è elastica; tenuta precaricata | Generazione di energia, lavorazione chimica, sistemi ad alta temperatura/alta pressione |
| Valvola a sfera con attacco a V | Apertura a V nella sfera per un controllo preciso del flusso | Industria chimica, farmaceutica, della cellulosa e della carta |
| Valvola a sfera a tre vie | Esecuzione a T o a L; consente la commutazione o la fusione dei flussi | Trattamento delle acque, industria alimentare, sistemi di controllo di processo |
| Valvola a sfera a quattro vie | Quattro percorsi di flusso; supporta una distribuzione complessa dei fluidi | Petrolchimico, automazione di processo, sistemi multifluido complessi |
Classificazione per percorso di flusso
Valvole a sfera a passaggio diretto
Queste valvole garantiscono un flusso diretto e quindi una bassa resistenza al flusso e perdita di pressione. Le valvole a passaggio rettilineo sono adatte all'impiego in sistemi in cui è necessario garantire portate elevate, ad esempio nelle condutture per l'acqua o il gas.
Valvole a sfera a tre vie
Come già detto, queste valvole offrono diversi percorsi di flusso e gli operatori possono cambiare o combinare facilmente i flussi. Ad esempio, una valvola a T può miscelare due fluidi; una valvola a L può commutare il flusso tra due canali.
Valvole a sfera ad angolo
Queste valvole hanno un percorso del flusso angolato e sono comunemente utilizzate nei sistemi in cui le tubazioni si piegano o dove lo spazio è limitato.
| Tipo | Caratteristiche principali | Industrie applicabili |
| Valvola a sfera a passaggio diretto | Percorso lineare del flusso; resistenza minima | Trasporto di gas, trattamento delle acque, trasporto di fluidi industriali |
| Valvola a sfera a tre vie | Percorsi di tipo T o L; capacità di commutazione flessibile del flusso | Industria chimica, industria alimentare, movimentazione di fluidi industriali |
| Valvola a sfera ad angolo | Percorso di flusso angolato; adatto a layout di tubazioni compatti | Attrezzature industriali speciali, allestimenti di laboratorio |
Classificazione per meccanismo di tenuta
Valvole a sfera a sede morbida
Queste valvole utilizzano una superficie di tenuta in materiale morbido come il PTFE o qualsiasi altro polimero. Offrono ottime capacità di tenuta, ma sono generalmente adatte ad applicazioni a bassa o moderata temperatura (fino a ~200°C) e a fluidi non corrosivi. Sono diffuse in settori quali la produzione di alimenti e di medicinali.
Le valvole a sfera con sede metallica sono utilizzate in applicazioni ad alta temperatura e ad alta pressione e possono funzionare a temperature superiori a 400°C. Vengono utilizzate nei casi in cui il fluido è abrasivo o corrosivo, ad esempio nei settori della lavorazione chimica e della generazione di energia.
Le valvole a sfera con sede metallica sono utilizzate in applicazioni ad alta temperatura e ad alta pressione e possono funzionare a temperature superiori a 400°C. Vengono utilizzate nei casi in cui il fluido è abrasivo o corrosivo, ad esempio nei settori della lavorazione chimica e della generazione di energia.
| Tipo di tenuta | Caratteristiche principali | Industrie applicabili |
| Valvola a sfera a sede morbida | Guarnizioni realizzate con materiali come il PTFE; eccellenti prestazioni di tenuta | Industrie alimentari e farmaceutiche, industria leggera, applicazioni a bassa temperatura |
| Valvola a sfera con sede in metallo | Guarnizioni metalliche; resiste alle alte temperature, alle alte pressioni e ai mezzi abrasivi | Industria chimica, generazione di energia, trasporto di fluidi ad alta temperatura |
Classificazione per metodo di attuazione
Valvole a sfera manuali
Le valvole manuali vengono solitamente aperte o chiuse da una maniglia o da una rotella e sono più adatte a sistemi di piccole dimensioni in cui la pressione non è molto elevata. Sono comuni negli edifici residenziali e commerciali a basso traffico.
Queste valvole sono azionate dall'aria compressa, agiscono rapidamente e sono molto affidabili. Le valvole pneumatiche sono utilizzate in applicazioni completamente automatizzate e vengono impiegate soprattutto negli impianti di produzione o in applicazioni ad alto ciclo.
Queste valvole sono dotate di attuatori elettrici e sono quindi molto precise e computerizzate per l'uso in sistemi gestiti a distanza. Questo le rende adatte all'automazione dei processi e quindi molto efficienti e affidabili. Sono ampiamente utilizzate nella raffinazione del petrolio, nei grandi sistemi HVAC e nelle applicazioni di lavorazione chimica, dove l'alta precisione, la semplicità d'uso e l'intricato controllo del flusso sono molto apprezzati.
Valvole a sfera idrauliche
Queste valvole sono azionate da attuatori idraulici e sono ideali per le applicazioni ad alta pressione come le centrali idrauliche o le attrezzature come i macchinari.
In ogni classificazione di valvole a sfera, vengono descritti la loro flessibilità e i vantaggi speciali del loro funzionamento. Ad esempio, le valvole a sfera trunnion sono ideali per servizi ad alta pressione, mentre le valvole a sede morbida sono ideali per servizi a bassa pressione con elevati requisiti di chiusura. Queste classificazioni aiutano i professionisti a prendere decisioni specifiche per i requisiti tecnici e ambientali del sistema. Questa conoscenza strutturata aiuta a scegliere una valvola che soddisfi i requisiti di prestazione e di efficienza economica.
| Tipo di azionamento | Caratteristiche principali | Industrie applicabili |
| Valvola a sfera manuale | Azionato da una maniglia; semplice ed economico | Piccole attrezzature industriali, condutture residenziali |
| Valvola a sfera pneumatica | Azionato da aria compressa; veloce e affidabile | Produzione automatizzata, lavorazione degli alimenti |
| Valvola a sfera elettrica | Attuatore elettrico; supporta il controllo remoto e preciso | Petrolchimico, HVAC, sistemi industriali automatizzati |
| Valvola a sfera idraulica | Azionati da sistemi idraulici; adatti a pressioni estreme | Macchine idrauliche, attrezzature per l'industria mineraria |
Scegliere la valvola a sfera giusta per le proprie esigenze: Fattori chiave da considerare
La scelta della valvola a sfera dipende dai seguenti fattori per ottenere le migliori prestazioni, affidabilità ed efficienza. Ecco le considerazioni principali:
Caratteristiche medie
La natura del fluido o del gas da trattare è molto importante. In ambienti acidi, come in presenza di acidi diluiti, acqua di mare o persino acque reflue, l'acciaio inossidabile o l'Hastelloy sono auspicabili per la loro resistenza agli ambienti corrosivi. Per i fluidi non corrosivi, è possibile utilizzare l'acciaio al carbonio o l'ottone, per offrire un'opzione più economica. Inoltre, se i fluidi sono carichi di particolato o abrasivi, potrebbe essere necessario modificare il design della valvola per evitare guasti precoci e adattarsi a situazioni di pressione inferiore.
Pressione e temperatura di esercizio
Pensate alle pressioni e alle temperature che questo sistema copre. Le valvole a sfera montate su traliccio sono utilizzate per applicazioni ad alta pressione, ad esempio superiori a 10.000 psi, grazie alle loro elevate prestazioni. Allo stesso modo, le applicazioni ad alta temperatura, oltre i 400°F (204°C), richiedono valvole a sfera metallo-metallo per una migliore tenuta e una maggiore durata.
Materiali del corpo valvola e della sede
Il materiale del corpo e della sede della valvola deve corrispondere all'ambiente di lavoro dell'apparecchiatura. Il PTFE è un materiale generico, comodo da usare ma che si degrada alle alte temperature. Mentre le sedi metalliche offrono prestazioni superiori in condizioni di applicazione elevate. È sempre necessario correlare correttamente la scelta del materiale alle caratteristiche del fluido di lavoro e del sistema.
Metodo di azionamento
La scelta del metodo di azionamento di una valvola a sfera dipende dalle esigenze del sistema, dalla precisione del controllo, dall'ambiente e dai costi. L'azionamento manuale è economico e facile da implementare ed è più adatto per le applicazioni a bassa pressione e bassa frequenza, come le tubature dell'acqua residenziale o i semplici usi industriali. Un ovvio svantaggio è che le valvole a sfera manuali possono risultare inefficaci in casi che richiedono una coppia elevata o un uso ripetuto.
L'azionamento pneumatico è veloce e leggero ed è ideale per le applicazioni ad alta ciclicità, come le linee di imbottigliamento e di produzione. Sebbene l'azionamento elettrico sia più lento dei sistemi pneumatici, questi ultimi richiedono un compressore d'aria esterno, rendendo il sistema più complicato. Questo fattore deve essere ben valutato, soprattutto in situazioni di risorse scarse o di spazio limitato.
Nei casi in cui è necessaria un'alta pressione o una coppia molto elevata, ad esempio negli oleodotti e nelle piattaforme offshore, l'azionamento idraulico è senza dubbio la soluzione migliore. I sistemi idraulici offrono un robusto back up di potenza in circostanze complicate per garantire la durata del sistema. Tuttavia, il loro design implica una manutenzione e un costo di installazione più elevati rispetto ad alcuni design più semplici.
L'azionamento elettrico è preferito per la sua precisione e la possibilità di essere programmato per l'uso nella produzione chimica, negli impianti di trattamento delle acque e nei sistemi HVAC. Utilizzati per il controllo remoto e l'automazione, gli attuatori elettrici sono ideali per i processi che richiedono un'elevata precisione e stabilità a lungo termine.
Tuttavia, l'azionamento elettrico è più lento dei sistemi pneumatici e richiede una fonte di alimentazione costante, il che significa che sono necessari sistemi di backup in caso di interruzione dell'alimentazione.
Attraverso la valutazione dei requisiti operativi, dei tempi di risposta, dell'accuratezza del controllo e dei fattori di costo, è possibile scegliere il metodo di attuazione più adatto per ottenere le migliori prestazioni e stabilità del sistema di valvole a sfera in una determinata applicazione.
Requisiti di progettazione e installazione
Infine, valutate il progetto strutturale e i requisiti di installazione. Le valvole ad entrata dall'alto sono facili da manutenere, anche se i clienti spesso preferiscono connessioni flangiate o filettate per l'installazione. Anche a causa di limiti di spazio, nel sistema vengono utilizzate valvole di dimensioni ridotte.
Requisiti di flusso
La portata è fondamentale. Le valvole ad attacco pieno, comprese le valvole a sfera ad attacco standard, consentono il libero flusso dei fluidi con una bassa perdita di pressione, rendendole più adatte ai sistemi con la massima priorità di flusso. Le valvole con attacco più piccolo sono meno costose, ma comportano limitazioni di flusso minori, ideali per un uso moderato.
Quando questi fattori sono ben compresi, è possibile scegliere una valvola a sfera che soddisfi i requisiti operativi e sia affidabile, efficiente ed economica nel sistema.
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Conclusione
È fondamentale conoscere i diversi tipi di valvola a sfera e le parti che la compongono per migliorarne le prestazioni nei processi industriali. La valvola a sfera flottante è un tipo di valvola a sfera flessibile, mentre la valvola a sfera a cerniera è un tipo di valvola a sfera resistente, ognuna con le sue caratteristiche uniche per adattarsi a una particolare applicazione. A seconda delle esigenze dell'applicazione, della resistenza alla corrosione, della gestione delle alte pressioni o della facilità di manutenzione, esiste una valvola a sfera adatta al compito.
Con l'aiuto del materiale, dei requisiti di portata e della pressione del sistema, si può facilmente scegliere la valvola per il funzionamento. Se avete bisogno di prodotti di alta qualità e affidabili per le valvole a sfera, VINCER, produttore professionale di valvole attuatrici con oltre 800 casi di successo, offre una vasta gamma di opzioni e un'assistenza professionale per aiutare il vostro sistema a raggiungere prestazioni ottimali. Le valvole a sfera sono un componente essenziale dei sistemi di controllo dei fluidi e sono ampiamente utilizzate in vari settori grazie alla loro efficienza, stabilità e precisione nelle aree che lo richiedono.
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