Těsnění klapkových ventilů: Analýza struktury, materiálů a použití

Motýlí klapky jsou široce ceněny pro svou cenovou efektivitu a rychlé ovládání, kdevýkon těsněnípřímo určuje spolehlivost a životnost ventilu. Konstrukce těsnění se značně liší a každá je vhodná pro specifické provozní podmínky. Tento článek zkoumá strukturu jádrových těsnění, materiály a jejich praktické použití.

​1. Struktura a funkce těsnění jádra​

Těsnění klapkových ventilů tvořísedlový kroužekatěsnicí plocha okraje disku, rozdělené do dvou hlavních typů:

• ​Měkká těsnění:​
  Funkce aelastomerové sedlo(guma, PTFE) namontovaná v tělese ventilu nebo v disku. Uzávěr stlačí okraj disku (obvykle kovový) do měkkého sedla, čímž ho deformuje a zajistí tak těsné utěsnění.
  Výhody:Nízké těsnicí napětí, téměř nulová netěsnost (možná třída VI), nízké náklady, minimální točivý moment.
  Nevýhody:Omezená teplotní/tlaková/chemická odolnost; náchylné k erozi a poškození částicemi; nevhodné pro časté škrcení.
• ​Kovová tvrdá těsnění (trojitý odsazený design – obr. 1):​
  Použijte těsnění kov na kov (např. nerezová ocel, slitiny). Klíčové konstrukční prvky:
  • ​1. ofset:​Osa vřetene je odsazena od středu potrubí.
  • ​2. ofset:Osa vřetene je odsazena od středu těsnicí plochy disku.
  • ​3. posun (kritický):​Kuželovitý těsnicí profil umožňuje liniový/maloplošný kontakt.
    Výhody:Výjimečná odolnost vůči teplotě/tlaku/erozi/kavitaci; dlouhá životnost; možnost opětovného použití.
    Nevýhody:Vysoké výrobní náklady; vysoké namáhání v usazení; zvýšený točivý moment; potenciální únik při nízkém tlaku (obvykle třída IV).

​Obr. 1: Struktura trojitého odsazeného kovového těsnění​
(Vizuální znázornění: Ukazuje kuželový liniový kontakt eliminující kluzné tření během provozu)

​2. Porovnání klíčových ukazatelů výkonnosti​

​Měkká těsnění vs. tvrdá těsnění:​

• ​Teplota:Měkká těsnění pracují v rozmezí teplot -50 °C až 200 °C (v závislosti na PTFE/gumě), zatímco kovová těsnění odolávají extrémním teplotám od -196 °C do 600 °C+.
• ​Tlak:Měkká těsnění jsou vhodná pro ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Kovová těsnění jsou vhodná pro PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Únik:Měkká těsnění dosahují vynikající téměř nulové netěsnosti (třída VI). Kovová těsnění dosahují třídy IV/V a zlepšují se při vysokém tlaku.
• ​Kompatibilita médií:Měkká těsnění vynikají s vodou/vzduchem/neutrálními kapalinami. Kovová těsnění snášejí páru, uhlovodíky, kaly, korozivní kapaliny a horké plyny.
• ​Robustnost:Kovová těsnění nabízejí vynikající odolnost vůči částicím, erozi a opotřebení. Měkká těsnění se rychle degradují v abrazivním nebo častém škrcení.
• ​Náklady a provoz:Měkká těsnění jsou levnější a vyžadují minimální točivý moment. Kovová těsnění vyžadují vyšší počáteční investici a točivý moment, ale nabízejí dlouhou životnost v náročných podmínkách.
• ​Aplikace:​Měkká těsnění dominují v systémech vytápění, větrání a klimatizace, vodovodních systémech a nízkotlakých plynových rozvodech. Kovová těsnění jsou nezbytná v rafinaci, parovodech, chemickém zpracování a ropném/plynárenském průmyslu.

​3. Materiály sedel s měkkým těsněním​

Výběr materiálu definuje hranice výkonu:

• ​NBR (nitrilový kaučuk):Odolné vůči olejům a uhlovodíkům (-20 °C až 80 °C).Použití: Voda, stlačený vzduch, kapaliny na bázi ropy.
• ​EPDM (ethylenpropylendien):Odolává horké vodě/páře (<150 °C), ozonu a zásadám.Použití: Topné systémy, potraviny/nápoje, vlhký vzduch.
• ​FKM (fluorokarbonový Viton®):Zvládá oleje, paliva, kyseliny a vysoké teploty (-20 °C až 200 °C).Použití: Chemické zpracování, palivové potrubí, kyselá média.
• ​PTFE (polytetrafluorethylen):Chemicky inertní (-50 °C až 200 °C), nízké tření. Používá se jako:
  • Čistá sedadla:Odolnost proti korozi, střední utěsnění.
  • Zesílená sedadla (sklo/grafit):Lepší odolnost proti chladu.
  • Sedadla s lemováním (s okrajem/bublinkou):Kombinuje elasticitu a chemickou odolnost.

​4. Materiály a úpravy kovových těsnění​

Výkon závisí na párování materiálů a povrchovém inženýrství:

• ​Materiální strategie:​​
  • Párování odlišných materiálů zabraňuje odírání (např. nerez vs. stelit®).
  • Tvrdost povrchu sedla > Tvrdost povrchu disku (o ~HRC 2-5), což umožňuje jeho výměnu.
• ​Vylepšení povrchu:​​
  • ​Tvrdokovové navařování:​Stelit 6®(na bázi kobaltu, HRC 40-50) neboPovlaky z materiálu Inconel 625®** (na bázi niklu) odolávají opotřebení/korozi.Primární řešení pro náročné podmínky provozu.
  • ​Kalení povrchu:​Kalení plamenem/plazmou/laserem nebo nitridace (≥HV 1000) zvyšuje odolnost proti opotřebení/zadření.
  • ​Termální nástřik:​Aplikováno HVOFWC (karbid wolframu)neboOxid chromuPovrchové úpravy zajišťují extrémní odolnost povrchu.
• ​Exotické slitiny:Hastelloy® nebo duplexní ocel používaná ve vysoce korozivním prostředí (vysoké náklady).

​5. Omezení a kritéria výběru​

​Klíčové aspekty:​​

• ​Meze měkkého těsnění:Trvalá deformace v tlaku, chemická nesnášenlivost (bobtnání/degradace), tečení za studena/tečení (PTFE/guma), poškození částicemi.
• ​Limity tvrdého těsnění:Potenciální únik při nízkém tlaku, vyšší náklady/točivý moment.
• ​Ovladače výběru:​Vlastnosti média (T, P, korozivita, pevné látky), požadavky na úniky, frekvence životního cyklu, provozní náročnost a rozpočet.

​Závěr:​
Výběr klapkového ventilu je definovánsynergie konstrukce těsnění a materiálu. ​Měkká těsnění(EPDM/NBR/PTFE) vynikají v cenově dostupných, nízkotlakých aplikacích voda/vzduch.Měkká těsnění FKM nebo kompozity PTFE​řešit korozivní média.​Trojitě odsazená kovová těsněnísStelitové®/kalené povrchyJsou povinné pro páru, uhlovodíky, vysoké T/P a erozivní toky. Materiály na bázi niklu slouží extrémním podmínkám. Důkladné vyhodnocení provozních parametrů a vlastností materiálu je zásadní; přehlédnutí specifikací těsnění hrozí netěsností, předčasným selháním a nákladnými prostoji.