Obwohl Kunststoffventile manchmal als Spezialprodukt angesehen werden – eine erste Wahl für diejenigen, die Kunststoffrohre für Industriesysteme herstellen oder entwerfen oder über hochreine Geräte verfügen müssen – ist die Annahme, dass diese Ventile nicht viele allgemeine Verwendungszwecke haben, kurz- gesichtet. Tatsächlich haben Kunststoffventile heute ein breites Einsatzspektrum, da die zunehmende Materialvielfalt und gute Designer, die diese Materialien benötigen, immer mehr Möglichkeiten für den Einsatz dieser vielseitigen Werkzeuge bieten.
EIGENSCHAFTEN VON KUNSTSTOFF
Die Vorteile thermoplastischer Ventile sind vielfältig: Korrosions-, Chemikalien- und Abriebfestigkeit; glatte Innenwände; geringes Gewicht; einfache Installation; lange Lebenserwartung; und geringere Lebenszykluskosten. Diese Vorteile haben zu einer breiten Akzeptanz von Kunststoffventilen in kommerziellen und industriellen Anwendungen wie der Wasserverteilung, Abwasserbehandlung, Metall- und Chemieverarbeitung, Lebensmittel- und Pharmaindustrie, Kraftwerken, Ölraffinerien und mehr geführt.
Kunststoffventile können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden und in verschiedenen Konfigurationen verwendet werden. Die gebräuchlichsten thermoplastischen Ventile bestehen aus Polyvinylchlorid (PVC), chloriertem Polyvinylchlorid (CPVC), Polypropylen (PP) und Polyvinylidenfluorid (PVDF). PVC- und CPVC-Ventile werden in der Regel durch Kleben von Muffenenden oder Gewinde- und Flanschenden mit Rohrleitungssystemen verbunden. wohingegen PP und PVDF die Verbindung von Rohrleitungssystemkomponenten erfordern, entweder durch Wärme-, Stumpf- oder Elektrofusionstechnologien.
Thermoplastische Ventile eignen sich hervorragend für den Einsatz in korrosiven Umgebungen, sind aber auch in der allgemeinen Wasserversorgung nützlich, da sie bleifrei1, entzinkungsbeständig und nicht rostend sind. PVC- und CPVC-Rohrleitungssysteme und -Ventile sollten gemäß NSF-Standard 61 (National Sanitation Foundation) auf gesundheitliche Auswirkungen getestet und zertifiziert werden, einschließlich der Anforderungen an einen niedrigen Bleigehalt gemäß Anhang G. Die Auswahl des richtigen Materials für korrosive Flüssigkeiten kann durch Konsultation der chemischen Beständigkeit des Herstellers erfolgen Anleitung und Verständnis für die Auswirkung der Temperatur auf die Festigkeit von Kunststoffmaterialien.
Obwohl Polypropylen nur halb so fest ist wie PVC und CPVC, weist es die vielseitigste chemische Beständigkeit auf, da keine bekannten Lösungsmittel bekannt sind. PP eignet sich gut für konzentrierte Essigsäuren und Hydroxide und eignet sich auch für mildere Lösungen der meisten Säuren, Laugen, Salze und vieler organischer Chemikalien.
PP ist als pigmentiertes oder unpigmentiertes (natürliches) Material erhältlich. Natürliches PP wird durch ultraviolette (UV) Strahlung stark angegriffen, aber Verbindungen, die mehr als 2,5 % Rußpigmentierung enthalten, sind ausreichend UV-stabilisiert.
PVDF-Rohrleitungssysteme werden aufgrund der Festigkeit, Arbeitstemperatur und chemischen Beständigkeit von PVDF gegenüber Salzen, starken Säuren, verdünnten Basen und vielen organischen Lösungsmitteln in einer Vielzahl industrieller Anwendungen von der Pharmaindustrie bis zum Bergbau eingesetzt. Im Gegensatz zu PP wird PVDF nicht durch Sonnenlicht abgebaut; Allerdings ist der Kunststoff für Sonnenlicht transparent und kann die Flüssigkeit UV-Strahlung aussetzen. Während sich eine natürliche, unpigmentierte PVDF-Formulierung hervorragend für hochreine Innenanwendungen eignet, würde die Zugabe eines Pigments, beispielsweise eines Lebensmittelrots, eine Sonneneinstrahlung ohne negative Auswirkungen auf das flüssige Medium ermöglichen.
Kunststoffsysteme weisen konstruktive Herausforderungen auf, wie z. B. die Empfindlichkeit gegenüber Temperatur sowie thermischer Ausdehnung und Kontraktion, aber Ingenieure können und haben langlebige, kostengünstige Rohrleitungssysteme für allgemeine und korrosive Umgebungen entworfen. Der wichtigste Konstruktionsaspekt besteht darin, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kunststoffen größer ist als der von Metall – Thermoplaste haben beispielsweise einen fünf- bis sechsmal höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl.
Bei der Gestaltung von Rohrleitungssystemen und der Berücksichtigung der Auswirkungen auf Ventilplatzierung und Ventilhalterungen ist bei Thermoplasten die thermische Dehnung ein wichtiger Gesichtspunkt. Spannungen und Kräfte, die aus thermischer Ausdehnung und Kontraktion resultieren, können durch Flexibilität der Rohrleitungssysteme durch häufige Richtungsänderungen oder die Einführung von Dehnungsschleifen reduziert oder beseitigt werden. Durch die Bereitstellung dieser Flexibilität entlang des Rohrleitungssystems muss das Kunststoffventil nicht so viel Belastung absorbieren
Da Thermoplaste temperaturempfindlich sind, nimmt die Druckstufe eines Ventils mit steigender Temperatur ab. Bei verschiedenen Kunststoffmaterialien kommt es bei erhöhter Temperatur zu einer entsprechenden Leistungsminderung. Die Flüssigkeitstemperatur ist möglicherweise nicht die einzige Wärmequelle, die sich auf die Druckstufe eines Kunststoffventils auswirken kann – die maximale Außentemperatur muss Teil der Konstruktionsüberlegungen sein. In einigen Fällen kann es aufgrund fehlender Rohrhalterungen zu übermäßigem Durchhängen kommen, wenn die Rohrleitungen nicht für die Außentemperatur ausgelegt werden. PVC hat eine maximale Betriebstemperatur von 140 °F; CPVC hat ein Maximum von 220°F; PP hat eine maximale Temperatur von 180°F; und PVDF-Ventile können einen Druck von bis zu 280 °F aufrechterhalten
Am anderen Ende der Temperaturskala funktionieren die meisten Kunststoffrohrsysteme bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt recht gut. Tatsächlich nimmt die Zugfestigkeit von thermoplastischen Rohrleitungen zu, wenn die Temperatur sinkt. Allerdings nimmt die Schlagfestigkeit der meisten Kunststoffe mit sinkender Temperatur ab und es kommt zu Sprödigkeit bei den betroffenen Rohrleitungsmaterialien. Solange die Ventile und das angrenzende Rohrleitungssystem ungestört sind, nicht durch Stöße oder Stöße von Gegenständen gefährdet werden und die Rohrleitungen während der Handhabung nicht fallen gelassen werden, werden nachteilige Auswirkungen auf die Kunststoffrohre minimiert.
ARTEN VON THERMOPLASTISCHEN VENTILEN
Kugelhähne, Rückschlagventile, Absperrklappen und Membranventile sind in den verschiedenen thermoplastischen Materialien für Druckrohrleitungssysteme nach Schedule 80 erhältlich und verfügen außerdem über eine Vielzahl von Ausstattungsoptionen und Zubehör. Beim Standard-Kugelhahn handelt es sich am häufigsten um eine echte Verbindungskonstruktion, um den Ausbau des Ventilkörpers für Wartungszwecke ohne Unterbrechung der Verbindungsleitungen zu erleichtern. Rückschlagventile aus thermoplastischem Kunststoff sind als Kugelrückschlagventile, Rückschlagklappen, Y-Rückschlagventile und Kegelrückschlagventile erhältlich. Absperrklappen lassen sich problemlos mit Metallflanschen kombinieren, da sie den Schraubenlöchern, Lochkreisen und Gesamtabmessungen der ANSI-Klasse 150 entsprechen. Der glatte Innendurchmesser der thermoplastischen Teile trägt nur zur präzisen Steuerung von Membranventilen bei.
Kugelhähne aus PVC und CPVC werden von mehreren US-amerikanischen und ausländischen Unternehmen in den Größen 1/2 Zoll bis 6 Zoll mit Muffen-, Gewinde- oder Flanschanschlüssen hergestellt. Das eigentliche Verbindungsdesign moderner Kugelhähne umfasst zwei Muttern, die auf das Gehäuse geschraubt werden und Elastomerdichtungen zwischen Gehäuse und Endanschlüssen zusammendrücken. Einige Hersteller behalten seit Jahrzehnten die gleichen Verlegelängen und Mutterngewinde für Kugelhähne bei, um einen einfachen Austausch älterer Ventile ohne Änderung der angrenzenden Rohrleitungen zu ermöglichen.
Kugelhähne mit Elastomerdichtungen aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) sollten für den Einsatz in Trinkwasser nach NSF-61G zertifiziert sein. Als Alternative können Elastomerdichtungen aus Fluorkohlenstoff (FKM) für Systeme verwendet werden, bei denen die chemische Kompatibilität ein Problem darstellt. FKM kann auch in den meisten Anwendungen mit Mineralsäuren eingesetzt werden, mit Ausnahme von Chlorwasserstoff, Salzlösungen, chlorierten Kohlenwasserstoffen und Erdölölen.
PVC- und CPVC-Kugelhähne von 1/2 Zoll bis 2 Zoll sind eine praktikable Option für Heiß- und Kaltwasseranwendungen, bei denen der maximale stoßfreie Wasserbetrieb bis zu 250 psi bei 73 °F betragen kann. Größere Kugelhähne, 2 1/2 Zoll bis 6 Zoll, haben einen niedrigeren Nenndruck von 150 psi bei 73 °F. PP- und PVDF-Kugelhähne (Abbildungen 3 und 4), die in den Größen 1/2 Zoll bis 4 Zoll mit Muffen-, Gewinde- oder Flanschanschlüssen erhältlich sind und häufig in der Chemieförderung verwendet werden, sind üblicherweise für einen maximalen stoßfreien Wasserbetrieb von ausgelegt 150 psi bei Umgebungstemperatur.
Kugelrückschlagventile aus thermoplastischem Kunststoff basieren auf einer Kugel mit einem geringeren spezifischen Gewicht als Wasser, sodass die Kugel bei einem Druckverlust auf der Anströmseite zurück gegen die Dichtfläche sinkt. Diese Ventile können im gleichen Einsatz wie ähnliche Kugelhähne aus Kunststoff verwendet werden, da sie keine neuen Materialien in das System einbringen. Andere Arten von Rückschlagventilen enthalten möglicherweise Metallfedern, die in korrosiven Umgebungen möglicherweise nicht lange halten.
Die Absperrklappe aus Kunststoff in den Größen 2 Zoll bis 24 Zoll ist beliebt für Rohrleitungssysteme mit größerem Durchmesser. Bei der Konstruktion und den Dichtflächen gehen die Hersteller von Absperrklappen aus Kunststoff unterschiedlich vor. Einige verwenden eine Elastomerauskleidung (Abbildung 5) oder einen O-Ring, während andere eine mit Elastomer beschichtete Scheibe verwenden. Einige stellen das Gehäuse aus einem Material her, aber die internen, benetzten Komponenten dienen als Systemmaterialien, was bedeutet, dass ein Absperrklappengehäuse aus Polypropylen eine EPDM-Auskleidung und eine PVC-Scheibe oder mehrere andere Konfigurationen mit häufig vorkommenden Thermoplasten und Elastomerdichtungen enthalten kann.
Die Installation einer Absperrklappe aus Kunststoff ist unkompliziert, da diese Ventile im Wafer-Stil mit in das Gehäuse integrierten Elastomerdichtungen hergestellt werden. Sie erfordern keine zusätzliche Dichtung. Zwischen zwei Gegenflanschen angebracht, muss beim Festschrauben einer Absperrklappe aus Kunststoff vorsichtig vorgegangen werden, indem das empfohlene Schraubendrehmoment in drei Stufen erhöht wird. Dies geschieht, um eine gleichmäßige Abdichtung über die gesamte Oberfläche sicherzustellen und sicherzustellen, dass keine ungleichmäßige mechanische Belastung auf das Ventil ausgeübt wird.
Fachleuten für Metallventile werden die Spitzenfunktionen von Kunststoffmembranventilen mit Rad und Positionsanzeigen bekannt vorkommen (Abbildung 6); Allerdings kann das Membranventil aus Kunststoff einige entscheidende Vorteile bieten, einschließlich der glatten Innenwände des thermoplastischen Körpers. Ähnlich wie beim Kunststoff-Kugelhahn haben Benutzer dieser Ventile die Möglichkeit, das echte Anschlussdesign zu installieren, was besonders bei Wartungsarbeiten am Ventil nützlich sein kann. Alternativ kann ein Benutzer Flanschverbindungen auswählen. Aufgrund aller Optionen für Gehäuse- und Membranmaterialien kann dieses Ventil in einer Vielzahl chemischer Anwendungen eingesetzt werden.
Wie bei jedem Ventil liegt der Schlüssel zur Betätigung von Kunststoffventilen in der Bestimmung der Betriebsanforderungen, z. B. pneumatisch oder elektrisch, Gleichstrom oder Wechselstrom. Aber bei Kunststoff müssen Designer und Benutzer auch verstehen, welche Art von Umgebung den Aktuator umgeben wird. Wie bereits erwähnt, sind Kunststoffventile eine großartige Option für korrosive Situationen, zu denen auch äußerlich korrosive Umgebungen gehören. Aus diesem Grund ist das Gehäusematerial von Stellantrieben für Kunststoffventile ein wichtiger Gesichtspunkt. Hersteller von Kunststoffventilen verfügen über Optionen, um den Anforderungen dieser korrosiven Umgebungen in Form von Stellantrieben mit Kunststoffüberzug oder epoxidbeschichteten Metallgehäusen gerecht zu werden.
Wie dieser Artikel zeigt, bieten Kunststoffventile heute vielfältige Optionen für neue Anwendungen und Situationen
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. Juli 2020