Vlinderkleppen worden algemeen gewaardeerd vanwege hun kosteneffectiviteit en snelle bediening, waar afdichtingsprestaties bepaalt direct de betrouwbaarheid en levensduur van de klep. Afdichtingsontwerpen variëren aanzienlijk, elk geschikt voor specifieke bedrijfsomstandigheden. Dit artikel onderzoekt de structuren, materialen en praktische toepassingen van kernafdichtingen.
1. Kernafdichtingsstructuren en -functie
Vlinderklepafdichtingen omvatten de zitring en schijfrand afdichtingsvlak, gecategoriseerd in twee primaire typen:
- Zachte afdichtingen:
Kenmerk een elastomere zitting(rubber, PTFE) gemonteerd in het klephuis of de schijf. De sluiting drukt de rand van de schijf (meestal metaal) in de zachte zitting, waardoor deze vervormd wordt en een goede afdichting ontstaat.
Voordelen:Lage afdichtingsspanning, vrijwel geen lekkage (klasse VI mogelijk), lage kosten, minimaal koppel.
Nadelen:Beperkte temperatuur-/druk-/chemische bestendigheid; kwetsbaar voor erosie en schade door deeltjes; niet geschikt voor frequente smoring. - Metalen harde afdichtingen (drievoudig offsetontwerp – Afb. 1):
Gebruik metaal-op-metaalafdichting (bijv. roestvrij staal, legeringen). Belangrijkste ontwerpelementen:- 1e offset:Stam-as verplaatst ten opzichte van het midden van de pijpleiding.
- 2e offset:Stam-as verplaatst ten opzichte van het midden van het schijfafdichtingsvlak.
- 3e offset (kritiek): Het conische hoekafdichtingsprofiel maakt lijn-/kleinvlakcontact mogelijk.
Voordelen:Uitzonderlijke temperatuur-/druk-/erosie-/cavitatiebestendigheid; lange levensduur; potentieel herbruikbaar.
Nadelen:Hoge productiekosten; hoge zitspanning; verhoogd koppel; potentieel lekkage bij lage druk (meestal klasse IV).
Figuur 1: Drievoudig versprongen metalen afdichtingsstructuur
(Visueel: toont conisch lijncontact waardoor er geen wrijving tijdens de werking optreedt)
2. Belangrijkste prestatievergelijking
Zachte afdichtingen versus harde afdichtingen:
- Temperatuur:Zachte afdichtingen werken bij temperaturen tussen -50°C en 200°C (afhankelijk van PTFE/rubber), terwijl metalen afdichtingen bestand zijn tegen extreme temperaturen van -196°C tot 600°C+.
- Druk:Zachte afdichtingen zijn geschikt voor ≤ PN25 (≈ ANSI 150). Metalen afdichtingen zijn geschikt voor PN16-PN150 (≈ ANSI 900).
- Lekkage:Zachte afdichtingen zorgen voor een superieure lekkage van bijna nul (klasse VI). Metalen afdichtingen bereiken klasse IV/V en verbeteren onder hoge druk.
- Mediacompatibiliteit:Zachte afdichtingen zijn uitstekend geschikt voor water/lucht/neutrale vloeistoffen. Metalen afdichtingen zijn bestand tegen stoom, koolwaterstoffen, slurries, corrosieve vloeistoffen en hete gassen.
- Robuustheid:Metalen afdichtingen bieden superieure weerstand tegen deeltjes, erosie en slijtage. Zachte afdichtingen degraderen snel bij schurend gebruik of bij frequente smering.
- Kosten en werking:Zachte afdichtingen zijn goedkoper en vereisen een minimale koppel. Metalen afdichtingen vereisen een hogere initiële investering en koppel, maar gaan langer mee onder zware omstandigheden.
- Toepassingen:Zachte afdichtingen worden veel gebruikt in HVAC-systemen, watersystemen en lagedrukgassystemen. Metalen afdichtingen zijn essentieel in raffinaderijen, stoomleidingen, chemische verwerking en olie/gas.
3. Zachte afdichtingszittingmaterialen
De materiaalkeuze bepaalt de prestatiegrenzen:
- NBR (Nitrilrubber):Bestand tegen oliën en koolwaterstoffen (-20°C tot 80°C).Gebruik: Water, perslucht, vloeistoffen op basis van aardolie.
- EPDM (Ethyleen Propyleen Dieen):Bestand tegen heet water/stoom (<150°C), ozon en alkaliën.Gebruik: Verwarmingssystemen, levensmiddelen/dranken, vochtige lucht.
- FKM (Fluorkoolstof Viton®):Geschikt voor oliën, brandstoffen, zuren en hoge temperaturen (-20°C tot 200°C).Toepassing: Chemische verwerking, brandstofleidingen, zure media.
- PTFE (Polytetrafluorethyleen):Chemisch inert (-50°C tot 200°C), lage wrijving. Gebruikt als:
- Pure Seats:Corrosiebestendig, matige afdichting.
- Versterkte zittingen (glas/grafiet):Betere weerstand tegen koude stroming.
- Beklede stoelen (lip/bubble-tube):Combineert elasticiteit en chemische bestendigheid.
4. Materialen en behandelingen voor metalen afdichtingen
Prestaties zijn afhankelijk van materiaalcombinaties en oppervlaktetechniek:
- Materiaalstrategie:
- Door verschillende materialen te combineren, wordt vreten voorkomen (bijvoorbeeld roestvrij staal versus Stellite®).
- Hardheid van het zittingoppervlak > Hardheid van het schijfoppervlak (met ~HRC 2-5), waardoor de schijf vervangbaar is.
- Oppervlakteverbeteringen:
- Hardfacing: **Stellite 6® (op kobaltbasis, HRC 40-50) of Inconel 625®** (op nikkelbasis)-overlays zijn bestand tegen slijtage en corrosie.Primaire oplossing voor zware belasting.
- Case Hardening:Vlam-/plasma-/laserharden of nitreren (≥HV 1000) verhoogt de slijtage-/vreetweerstand.
- Thermische spray: HVOF-toegepast WC (wolfraamcarbide) of Chroomoxide coatings zorgen voor een extreme oppervlakteduurzaamheid.
- Exotische legeringen:Hastelloy® of duplexstaal wordt gebruikt in zeer corrosieve omgevingen (hoge kosten).
5. Beperkingen en selectiecriteria
Belangrijke overwegingen:
- Limieten voor zachte afdichting:Permanente drukvervorming, chemische incompatibiliteit (zwelling/degradatie), koude vloei/kruip (PTFE/rubber), deeltjesschade.
- Limieten voor harde afdichting: Mogelijk lekkage bij lage druk, hogere kosten/koppel.
- Selectiedrivers:Media-eigenschappen (T, P, corrosiviteit, vaste stoffen), lekkage-eisen, levenscyclusfrequentie, operationele ernst en budget.
Conclusie:
De selectie van vlinderkleppen wordt bepaald door de afdichtingsstructuur-materiaalsynergie. Zachte afdichtingen(EPDM/NBR/PTFE) zijn uitstekend geschikt voor kostenbewuste toepassingen met lage druk water/lucht.FKM zachte afdichtingen of PTFE-composieten omgaan met corrosieve media.Drievoudig versprongen metalen afdichtingen met Stellite®/verharde oppervlakken zijn verplicht voor stoom, koolwaterstoffen, hoge T/P en erosieve stromingen. Nikkelhoudende materialen zijn bestand tegen extreme omstandigheden. Een grondige evaluatie van de bedrijfsparameters en materiaaleigenschappen is cruciaal; het negeren van afdichtingsspecificaties kan leiden tot lekkage, vroegtijdig falen en kostbare downtime.
Plaatsingstijd: 06-08-2025