Brtve leptirastih ventila: Analiza strukture, materijala i primjene

Leptirasti ventili su široko cijenjeni zbog svoje isplativosti i brzog aktiviranja, gdjeperformanse brtveizravno diktira pouzdanost i vijek trajanja ventila. Dizajni brtvi značajno se razlikuju, a svaki je prilagođen specifičnim radnim uvjetima. Ovaj članak ispituje strukture jezgrenih brtvi, materijale i njihovu praktičnu primjenu.

​1. Strukture i funkcija jezgrenog brtvila​

Brtve leptir ventila sastoje se odprsten sjedalaibrtvena površina ruba diska, podijeljeni u dvije glavne vrste:

• ​Mekane brtve:​
  Značajkaelastomerno sjedalo(guma, PTFE) ugrađen u tijelo ventila ili disk. Zatvaranje komprimira rub diska (obično metal) u meko sjedište, deformirajući ga radi čvrstog brtvljenja.
  Prednosti:Nisko naprezanje brtvljenja, gotovo nulto curenje (moguće Klasa VI), niska cijena, minimalni okretni moment.
  Nedostaci:Ograničena otpornost na temperaturu/tlak/kemikalije; osjetljiv na eroziju i oštećenja česticama; neprikladan za često gušenje.
• ​Metalne tvrde brtve (trostruki pomaknuti dizajn – slika 1):​
  Koristite brtvljenje metala na metal (npr. nehrđajući čelik, legure). Ključni elementi dizajna:
  • ​1. pomak:Os vretena pomaknuta od središta cjevovoda.
  • ​2. pomak:Os vretena pomaknuta je od središta brtvene površine diska.
  • ​3. pomak (kritičan):​Konusno-kutni profil brtvljenja omogućuje linijski/malopovršinski kontakt.
    Prednosti:Iznimna otpornost na temperaturu/tlak/eroziju/kavitaciju; dugi vijek trajanja; mogućnost ponovne upotrebe.
    Nedostaci:Visoki troškovi proizvodnje; visoko naprezanje pri dosjedanju; povećani okretni moment; potencijalno curenje pri niskom tlaku (obično klasa IV).

​Sl. 1: Struktura trostruko pomaknute metalne brtve​
(Vizualno: Demonstrira konusni linijski kontakt eliminirajući trenje klizanja tijekom rada)

​2. Usporedba ključnih performansi​

​Meka brtvila u odnosu na tvrda brtvila:​

• ​Temperatura:Mekane brtve rade između -50°C i 200°C (ovisno o PTFE-u/gumi), dok metalne brtve podnose ekstremne temperature od -196°C do 600°C+.
• ​Tlak:Meke brtve odgovaraju ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Metalne brtve odgovaraju PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
• ​Propuštanje:Mekane brtve postižu vrhunsko gotovo nulto curenje (klasa VI). Metalne brtve dosežu klasu IV/V, poboljšavajući se pod visokim tlakom.
• ​Kompatibilnost medija:Meke brtve izvrsno podnose vodu/zrak/neutralne tekućine. Metalne brtve podnose paru, ugljikovodike, suspenzije, korozivne tekućine i vruće plinove.
• ​Robusnost:Metalne brtve nude vrhunsku otpornost na čestice, eroziju i habanje. Meke brtve se brzo degradiraju u abrazivnim uvjetima ili pri čestom prigušivanju.
• ​Troškovi i rad:Mekane brtve su jeftinije i zahtijevaju minimalni okretni moment. Metalne brtve zahtijevaju veća početna ulaganja i okretni moment, ali nude dugotrajnost u teškim uvjetima.
• ​Primjene:Mekane brtve dominiraju u HVAC sustavima, vodovodnim sustavima i niskotlačnim plinskim sustavima. Metalne brtve su ključne u rafiniranju, parovodima, kemijskoj preradi i nafti/plinu.

​3. Materijali za mekana brtvena sjedišta​

Odabir materijala definira granice performansi:

• ​NBR (nitrilna guma):Otporno na ulja, ugljikovodike (-20°C do 80°C).Upotreba: Voda, komprimirani zrak, tekućine na bazi nafte.
• ​EPDM (etilen propilen dien):Otporno na vruću vodu/paru (<150°C), ozon i lužine.Upotreba: Sustavi grijanja, hrana/piće, vlažan zrak.
• ​FKM (fluorougljični Viton®):Otporan na ulja, goriva, kiseline i visoke temperature (-20°C do 200°C).Upotreba: Kemijska obrada, gorivne cijevi, kiseli mediji.
• ​PTFE (politetrafluoroetilen):Kemijski inertan (-50°C do 200°C), nisko trenje. Koristi se kao:
  • Čista sjedala:Otpornost na koroziju, umjereno brtvljenje.
  • Ojačana sjedala (staklo/grafit):Bolja otpornost na hladno tečenje.
  • Obložena sjedala (usna/cijevčasta):Kombinira elastičnost i kemijsku otpornost.

​4. Materijali i tretmani za metalne brtve​

Performanse ovise o uparivanju materijala i površinskom inženjerstvu:

• ​Materijalna strategija:​​
  • Spajanje različitih materijala sprječava habanje (npr. nehrđajući čelik u odnosu na Stellite®).
  • Tvrdoća površine sjedišta > Tvrdoća površine diska (za ~HRC 2-5), što omogućuje zamjenu diska.
• ​Poboljšanja površine:​
  • ​Tvrdo navarivanje:Stelit 6®(na bazi kobalta, HRC 40-50) iliInconel 625®** (na bazi nikla) prevlake otporne su na habanje/koroziju.Primarno rješenje za teške uvjete rada.
  • ​Kaljenje kućišta:Kaljenje plamenom/plazmom/laserom ili nitriranje (≥HV 1000) povećava otpornost na habanje/trebanje.
  • ​Termalni sprej:Primijenjeno HVOF-omWC (volframov karbid)iliKromov oksidPremazi pružaju iznimnu površinsku izdržljivost.
• ​Egzotične legure:Hastelloy® ili dupleks čelik koji se koristi u vrlo korozivnim okruženjima (visoka cijena).

​5. Ograničenja i kriteriji odabira​

​Ključna razmatranja:​​

• ​Ograničenja mekog brtvljenja:Trajna kompresijska deformacija, kemijska nekompatibilnost (bubrenje/degradacija), hladno tečenje/puzanje (PTFE/guma), oštećenje česticama.
• ​Ograničenja tvrdog brtvljenja:Potencijalno curenje pri niskom tlaku, veći trošak/okretni moment.
• ​Pokretači odabira:​Svojstva medija (T, P, korozivnost, krute tvari), zahtjevi za curenje, učestalost životnog ciklusa, ozbiljnost rada i proračun.

​Zaključak:​
Odabir leptiraste zaklopke definiran je od stranesinergija strukture i materijala brtve. ​Mekane brtve(EPDM/NBR/PTFE) izvrsni su u cjenovno osjetljivim primjenama vode/zraka niskog tlaka.FKM mekane brtve ili PTFE kompozitiadresirati korozivne medije.Trostruko pomaknute metalne brtvesStelitne®/očvrsnute površineObavezni su za paru, ugljikovodike, visoke T/P i erozivne tokove. Materijali na bazi nikla služe ekstremnim uvjetima. Rigorozna procjena radnih parametara i svojstava materijala ključna je; zanemarivanje specifikacija brtvi riskira curenje, prerani kvar i skupe zastoje.