Installatie van terugslagkleppen: stromingsrichting, uitlijning en de factoren die de levensduur van de klep bepalen

Wat een terugslagklep doet: stromingsrichting en waar de stroom naartoe gaat

Een boosterpomp die de hele ochtend prima werkt, kan door één stroomstoring volledig kapotgaan. Wanneer de motor stopt, keert de waterkolom in de afvoerleiding om, laat de pomp achteruit draaien en kan de waaier losraken. Het enige onderdeel dat het verschil maakt tussen een normale uitschakeling en die storing is een enkele schijf die dichtzwaait. Dat is alles wat een terugslagklep is: een eenrichtingsklep voor de leiding. Het addertje onder het gras is dat de klep alleen werkt als hij de juiste kant op wijst, op de juiste plaats zit en gebruikmaakt van een mechanisme dat aansluit bij het verloop van de leiding.

Binnenin de behuizing reageert één bewegend onderdeel op druk. Voorwaartse stroming duwt de schijf open. Wanneer de voorwaartse druk afneemt, zorgen een veer, de zwaartekracht of de terugstroming zelf ervoor dat de schijf terugkeert naar zijn zitting, voordat de terugstroom zich opbouwt. Er is geen hendel en geen aandrijving; er valt achteraf niets af te stellen. De installatie is de enige afstelling die de klep ooit zal ondergaan, en de op het huis gegoten of gestempelde stromingspijl is het eerste wat u moet controleren. De stroming in de leiding en de pijl moeten in dezelfde richting wijzen voordat er ook maar één bout wordt aangedraaid.

Als de klep in de verkeerde richting is geplaatst, treedt er in een van de twee gevallen een storing op. Als de klepschijf niet kan openen, valt de leiding stil: de pomp draait tegen een gesloten klep aan, raakt oververhit en vertoont cavitatie. Als de klepschijf nooit goed aansluit, treedt er bij elke uitschakeling terugstroming op in de leiding en veroorzaakt de pomp bij elke herstart waterslag. Geen van beide storingen is tijdens de installatie waarneembaar. Beide komen pas weken later aan het licht; daarom wordt de pijlcontrole vóór de montage uitgevoerd, en niet tijdens het opsporen van storingen.

Voor de plaatsing geldt dezelfde logica. De terugslagklep hoort aan de perszijde van de pomp te worden gemonteerd, waar hij terugstroming naar de pomp voorkomt. Aan de zuigzijde zorgt hij voor een permanent wrijvingsverlies aan de inlaat van de pomp en vormt hij een risico op cavitatie. In systemen voor woningen geldt dezelfde regel, maar dan op kleinere schaal. Een terugslagklep voor een dompelpomp wordt op de verticale persleiding net boven de pomp gemonteerd, onder het vloerniveau, zodat het water erboven niet terug in de put kan stromen.

Eén begrip dat we eerst moeten verduidelijken voordat we verdergaan. Bij irrigatietoepassingen is een dubbele terugslagklep een terugstroombeveiliging die bestaat uit twee kleppen, afsluiters en testpoorten, en die bedoeld is om de drinkwatervoorziening te beschermen. In dit artikel gaat het uitsluitend om de enkele terugslagklep in een pomp of procesleiding. Deze twee zijn niet onderling uitwisselbaar.

Ontwerpen van terugslagkleppen en wat ze elk mogelijk maken: eerst de oriëntatie

Elke terugslagklep vervult dezelfde functie, maar de mechanismen verschillen, en het mechanisme bepaalt wat de leiding ermee mag doen. De oriëntatie is het duidelijkste voorbeeld: het is een mechanische beperking, geen kwestie van voorkeur van de installateur. Van een ontwerp dat door zwaartekracht sluit, kan niet worden verwacht dat het tegen de helling in sluit. De drie onderstaande constructies dekken de meeste industriële installaties af. Bij elk daarvan wordt het mechanisme gekoppeld aan de posities die het toelaat en aan het storingsverloop dat optreedt wanneer die posities worden genegeerd.

Schommelterugslagkleppen

Een schommelterugslagklep heeft een klepschijf die aan de bovenkant van de doorlaat scharniert. Bij voorwaartse stroming zwaait deze open; door de zwaartekracht en bij tegenstroming zwaait hij dicht. Omdat er geen veer is om te helpen, heeft de klepschijf een stabiele, grotendeels horizontale stroming nodig om goed te functioneren. Hij werkt goed in horizontale leidingen en in verticale leidingen waar de stroming omhoog gaat. In een verticale leiding met neerwaartse stroming faalt het klepje door zijn ontwerp: de schijf blijft open hangen, de stroming keert om en de late klap volgt met de volledige kolom erachter. Turbulentie is de stille moordenaar. Een bocht of een pomploopvulling dicht stroomopwaarts zorgt voor een onregelmatige stroming tegen de zwaaiende schijf, waardoor de schijf gaat trillen en de pen en zitting voortijdig slijten. Van de gangbare ontwerpen zijn zwaaikleppen het meest gevoelig voor een recht tracé.

Liftterugslagkleppen

Een liftterugslagklep beweegt zijn schijf axiaal langs een geleide zitting. Door voorwaartse druk wordt de schijf omhooggetild; door de zwaartekracht zakt hij weer terug. De geleiding moet verticaal staan om de zwaartekracht te laten werken, dus dit is apparatuur voor horizontale leidingen. Als de klep in een verticaal leidingtraject wordt vastgeschroefd, klemt de schijf vast in de geleiding of rust hij excentrisch op de zitting, waardoor er lekkage ontstaat. De afweging tegen die strikte vereiste is de afdichtingskwaliteit: een korte geleide slag zorgt voor een betere afdichting dan bij een zwenkende schijf, ten koste van een hogere stromingsweerstand. Sommige flensuitvoeringen met hefmechanisme zijn voorzien van een vastgeschroefd handwiel, waardoor dezelfde behuizing tijdens de inbedrijfstelling als noodafsluitklep kan fungeren.

Terugslagkleppen met dubbele plaat voor wafers

Een dubbelplaatventiel verdeelt de schijf in twee halve platen op een scharnier in het midden, die elk door een torsieveer worden vastgehouden. De veren beginnen de platen te sluiten zodra de voorwaartse stroming afneemt, zodat de platen hun zittingen bereiken voordat de terugstroom zich opbouwt. Die vroege sluiting is de reden waarom dubbelplaatventielen de standaardoplossing zijn voor waterslag bij renovatieprojecten. Het wafer-huis wordt tussen twee flenzen geklemd – de kortste face-to-face-opstelling in het assortiment – en de veren sluiten de platen in elke stand. Dat maakt het dubbelplaatventiel hier het meest oriëntatietolerante ontwerp. Toch verdient elke opstelling die afwijkt van horizontaal of verticaal-omhoog een schriftelijke bevestiging van de fabrikant, omdat de veerkracht varieert naargelang de maat.

Twee andere uitvoeringen maken het overzicht compleet. Axiale, of stille, terugslagkleppen zijn voorzien van een veerbelaste schijf op de aslijn van de leiding. Ze sluiten het snelst van allemaal en zijn bestand tegen de zwaarste stromingsomstandigheden; daarom worden ze in pompstations vaak vlak bij de afvoer geplaatst. Kogelterugslagkleppen laten vaste deeltjes en slurries door die een schijf zouden blokkeren, waarbij een strakke afsluiting wordt ingeruild voor die tolerantie.

Geen van deze begrenzingen van de stand is een keuze. Ze vloeien allemaal voort uit de plaats waar de zwaartekracht en de veren in het mechanisme zijn aangebracht. Wanneer de stand die je nodig hebt niet in de documentatie van de fabrikant wordt vermeld, moet je dit niet door middel van een proefmontage controleren. Je moet er een schriftelijke vraag over stellen.

Een terugslagklep installeren: stappen, afdichting en controles ter plaatse

Nu het ontwerp is gekozen en de instructies zijn doorgenomen, bestaat de installatie uit een korte reeks stappen. Elke stap is noodzakelijk, omdat het overslaan ervan tot een bewezen mislukking leidt.

1. Afzonderen en uitlekken. Schakel de pomp uit, zet de stroomtoevoer buiten werking, maak de leiding drukloos en tap het gedeelte af. Een koppeling die onder restdruk wordt geopend, loopt zonder waarschuwing leeg.
2. Controleer ter plaatse nogmaals de richting en de stand. Houd de pijl op het lichaam tegen de werkelijke stromingsrichting in, niet tegen de tekening, en controleer de gemonteerde stand aan de hand van de bovenstaande ontwerpregels. Aangezien leidingen op de bouwplaats vaak afwijken van de tekeningen, zorgt deze stap ervoor dat echte fouten worden opgemerkt voordat ze weken later tot een raadsel worden.
3. Maak de verbinding. Bij schroefdraaduiteinden moet de afdichtingstape in de draairichting worden gewikkeld, zodat deze bij het vastdraaien niet losraakt. Bij flensuiteinden moeten de flensvlakken schoon zijn, moet de pakking goed gecentreerd zijn en moeten de bouten in een kruispatroon in meerdere stappen worden vastgedraaid. Bij wafer-behuizingen moeten beide flenzen op één as zijn uitgelijnd, met de klep daar precies tussenin; ongelijkmatig vastdraaien van de bouten vervormt de behuizing, waardoor ook de zitting meevervormt.
4. Ga zorgvuldig om met gelaste zitvlakken. Wanneer de klep in de leiding wordt gelast, moeten bij uitvoeringen met een zachte zitting eerst de zitting en de klepschijf worden verwijderd. De hitte van het lassen beschadigt elastomeerzittingen die op hun plaats blijven zitten, en bij een klep met metalen zitting moet de lasprocedure van de fabrikant worden gevolgd om te voorkomen dat de zitting door de hitte vervormt.
5. Spoel door en test vervolgens. Spoel de leiding door vóór de eerste inbedrijfstelling, zodat lasslakken en vuil nooit bij de schijf of zitting terechtkomen. Voer vervolgens een druktest uit en controleer op teruglekkage. Een klep die de druk in de voorwaartse richting wel tegenhoudt maar in de achterwaartse richting lekt, zal bij uitschakeling niet dichtblijven.

Drie storingen in deze keten zijn aan onszelf te wijten: een vastgelaste zachte zitting, het opstarten zonder doorspoelen en een scheefgetrokken waferbehuizing door ongelijkmatig aangedraaide bouten. Alle drie kunnen ter plaatse worden gecontroleerd in minder tijd dan het herstelwerk in beslag neemt.

Waar het thuishoort: regels voor de afvoerlengte van pompen en rechte leidingstukken

De positie in het systeem is bepalend voor het rechte traject. De volgorde is in beide richtingen van belang. Dankzij de afsluitklep kan onderhoud worden uitgevoerd zonder het systeem leeg te laten lopen, en de terugslagklep beschermt de pomp tegen eventuele schommelingen in de leiding na een stilstand. Aan de zuigzijde wordt helemaal geen terugslagklep gebruikt, omdat het wrijvingsverlies en het risico op cavitatie daar zwaarder wegen dan de eventuele voordelen.

Wat betreft de afstand tot de pomp lopen de schriftelijke regels uiteen, en het is de moeite waard om dit meningsverschil te bespreken voordat het uitmondt in een ruzie op de bouwplaats.

De cijfers lopen uiteen omdat het schadeverloop per constructie verschilt. Turbulente stroming bij een pomp of een bocht zet een zwenkende schijf het sterkst in beweging, waardoor voor zwenksluizen de strengste afstanden gelden. Axiale ontwerpen met veerbelasting houden hun schijf op de middellijn en zijn ongevoelig voor dezelfde turbulentie. Bekijk de tabel per constructie en het grootste deel van de onduidelijkheid verdwijnt. Ga uit van 10 diameters als conservatieve standaard voor zwenkschijven en accepteer kortere afstanden voor veerbelaste uitvoeringen. Wanneer een compact frame geen ruimte laat, vervang het argument dan door een schriftelijk antwoord van de klepfabrikant. (Enkele tips, 2008; Valve Magazine, 2023)

Het is een nuttige ontwikkeling dat de afstandswaarde al in de ontwerpfase wordt vastgesteld. Als dit in de tekenfase wordt bepaald, kost het niets. Als het pas bij de inbedrijfstelling aan het licht komt, kost het het doorsnijden van een lasnaad, opnieuw lassen en een nieuwe keuring, en dat is precies hoe de hieronder beschreven gevallen van erosie ontstaan.

Twee standen zijn nooit goed. Direct achter een opvoerelement schuurt de straal tegen de schijf en de pen totdat de klep niet meer goed afsluit. Aan de zuigzijde zorgt de klep ervoor dat de pomp, die hij juist had moeten beschermen, te weinig vloeistof krijgt.

Maat- en specificatieparameters voordat u bestelt

De keuze van de juiste maat is van grotere invloed op de levensduur van de klep dan welke stap uit de bovenstaande procedure dan ook, en die keuze wordt al op kantoor gemaakt, nog voordat de bestelling is geplaatst.

De leidingdiameter is niet hetzelfde als de klepmaat

Een terugslagklep die is afgestemd op de leiding in plaats van op het debiet, blijft gedurende zijn hele levensduur gedeeltelijk openstaan, en een gedeeltelijk geopende klepschijf gaat flutteren. Door dit flutteren slijten de pen, het scharnier en de rand van de zitting, totdat de klepschijf helemaal niet meer goed aansluit.

In hetzelfde rapport worden te groot gedimensioneerde kleppen genoemd als de meest voorkomende oorzaak die de auteurs tegenkomen. De installatiehandleiding van DFT bevestigt dit vanuit het perspectief van de werkplaats en schrijft de meeste onderhoudsproblemen met terugslagkleppen toe aan fouten in de toepassing en de dimensionering. De gangbare regel onder ingenieurs is om bij conventionele ontwerpen een leidingmaat kleiner te nemen dan de leidingdiameter, getoetst aan de doorstroomgegevens van de fabrikant. Beschouw dit als een vuistregel in plaats van een norm; de toetsing is het belangrijkste. Leidingen met een laag debiet moeten op dezelfde manier worden gecontroleerd op de openingsdruk, omdat een klep die nooit volledig opengaat juist om deze reden defect raakt.

Druk, temperatuur en aansluitnorm

De drukklasse en temperatuur zijn afhankelijk van het systeem, niet van de hoogste waarde die de leverancier opgeeft. De klasse- en PN-waarden zijn af te leiden uit het ontwerpblad. De temperatuur bepaalt het type zitting – zacht of metaal – en daarmee ook de laswerkzaamheden die bij de installatie moeten worden uitgevoerd. De aansluitnorm moet overeenkomen met de flenzen van de leiding, en bij exportprojecten betekent dit dat ANSI, GB, DIN of JIS expliciet moeten worden bevestigd in plaats van er zomaar van uit te gaan.

De gepubliceerde industriële reeksen geven een idee van de schaal. Wafer-dubbelplaatbehuizingen variëren van DN15 tot DN300 bij drukken tot ongeveer 40 bar. Terugslagkleppen met flenzen gaan tot DN600, waarbij uitvoeringen met metalen zitting geschikt zijn voor toepassingen tot ongeveer 425 °C. Terugslagkleppen met flenzen hebben een drukbereik van ongeveer 16 bar. Beschouw deze als referentiewaarden uit de catalogus en controleer ze aan de hand van de daadwerkelijke tabellen van de fabrikant, want het materiaal van de zitting en de drukklasse beïnvloeden al deze waarden.

De vier installatiegrenzen die in het onderzoek moeten worden meegenomen

Elk van de hierboven genoemde storingsscenario’s begint met een beslissing die al in de offertefase had kunnen worden genomen. Daarom is de offerteaanvraag het goedkoopste moment om vier vragen te stellen. Ten eerste: schriftelijk vastgelegde toegestane toleranties voor het exacte model. Twee: aanbevolen rechte doorloop voor de daadwerkelijke opstelling, inclusief wat acceptabel is binnen een krappe skid. Drie: maatgegevens voor de daadwerkelijke toepassing, barstdruk- en doorstroomgegevens, niet alleen de nominale diameter. Vier: las- en inbedrijfstellingspraktijken voor de aangeschafte zittingfamilie, inclusief het verwijderen en doorspoelen van de zitting. Een leverancier die deze vier vragen schriftelijk beantwoordt, beheert het installatierisico. Een leverancier die in bijvoeglijke naamwoorden antwoordt, verkoopt een drukklasse.

Wat dit betekent voor uw volgende bestelling van terugslagkleppen

Als geheel beschouwd hebben de bovenstaande storingen één kenmerk gemeen: ze werden allemaal al vóór de inbedrijfstelling vastgesteld. De schijf met een hoek van 17 graden werd vastgelegd in een bestelopdracht. De geërodeerde pen werd vastgelegd in een skid-indeling. De openhangende zwenkschijf werd vastgelegd in een tekening waarop een verticale afloop was aangegeven. De veldgegevens van de fabrikant bevestigen dit in het algemeen: de meeste onderhoudsproblemen met terugslagkleppen zijn terug te voeren op keuzes met betrekking tot de toepassing, de dimensionering en de installatie. Dit alles maakt de klep nog geen slecht product. Het maakt het aankoopgesprek wel de goedkoopste manier om de storing te voorkomen.

Voor projectingenieurs is de praktische versie kort. Verplaats de vier randvoorwaarden van de locatiebeoordeling naar de offerteaanvraag en vraag elke inschrijver om deze schriftelijk te beantwoorden aan de hand van uw daadwerkelijke lay-out. Dit kost slechts vier regels in een bestek. De kosten die hiermee worden vermeden, zijn het moeten doorsnijden van een voltooide leiding bij de inbedrijfstelling, of een schijf die na twee jaar trillen losraakt. De schriftelijke antwoorden zorgen er bovendien voor dat leveranciers sneller worden geselecteerd dan met nog een pagina vol drukklassen.

Voor distributeurs en groothandelaren geldt hetzelfde advies. De houding en de afstandsadviezen zijn afhankelijk van de opbouw, niet van het merk. Ook de voorraadlogica volgt de gepubliceerde assortimenten. Wafer-dubbelplaatafsluiters in DN15-DN300 dekken het grootste deel van de strakke retrofit-lijnen, terwijl flens-terugslagkleppen het segment met grote diameters en hoge temperaturen tot DN600 bestrijken. Een advies dat de vraag naar de werking vanuit het mechanisme beantwoordt, zoals de bovenstaande tabel doet, voorkomt dat zakelijke klanten producten moeten retourneren.

Als deze checklist vereist dat een leverancier deze schriftelijk beantwoordt, dan is dat precies hoe we bij VINCER te werk gaan. Onze wafer-terugslagkleppen zijn verkrijgbaar in swing-, lift- en dual-plate-uitvoeringen, met een diameter van DN15 tot DN300 en een druk tot 40 bar. Flensuitvoeringen van de swing- en lift-kleppen breiden het assortiment uit tot DN600 en maken toepassing bij hoge temperaturen mogelijk. Wij leveren gegevens over instelgrenzen, advies voor rechte leidingtrajecten en openingsdrukgegevens op basis van uw daadwerkelijke leiding, in ANSI-, GB-, DIN- of JIS-flenssystemen, en de assortiment wafer-terugslagkleppen daar begint die vergelijking.

Bronvermeldingen

1. Valve Magazine. “Aandachtspunten bij de installatie van terugslagkleppen om de procesprestaties te optimaliseren.” 2023. https://valvemagazine.com/articles/check-valve-installation-considerations-to-maximize-process-performance/
2. Eng-Tips. “Installatieprocedure voor terugslagkleppen.” 2008. https://www.eng-tips.com/threads/check-valve-installation-procedure.212528/