Çek Vanaları

Çek (geri dönüşsüz) vanalar, yalnızca bir yönde akışa izin verdikleri için boru hatlarına monte edilerek ekipmanı ve prosestleri korumaya yardımcı olur. Bu eğitimde kaldırma tipi, disk tipi, salınım tipi ve wafer tipi çek vanaları dahil olmak üzere farklı tasarımların çalışması, avantajları, uygulamaları ve seçimi açıklanmaktadır.

Çek vanaları veya geri dönüşsüz vanalar, boru hattı sistemlerine yalnızca bir yönde akışa izin vermek üzere monte edilir. Tamamen hat akışkanına tepki ile çalışırlar ve bu nedenle herhangi bir harici tahrik mekanizmasına ihtiyaç duymazlar. Bu metinde, beklenen veya istenen akış yönü ‘ileri akış’ olarak adlandırılır; ters yöndeki akış ise ‘ters akış’tır.

Çek vana kullanmanın birkaç nedeni vardır, bunlar şunları içerir:

• Akışölçerler, filtreler ve kontrol vanaları gibi ters akıştan etkilenebilecek her türlü ekipmanın korunması.
• Hidrolik kuvvetlerle ilişkili basınç dalgalanmalarını kontrol etmek, örneğin su darbesi. Bu hidrolik kuvvetler, enerji dağılana kadar boru hattında yukarı ve aşağı hareket eden bir basınç dalgasına neden olabilir.

Çek vanaları ters akışı etkili bir şekilde kesebilse de, boru bölümünde canlı buharı tutmak için asla izolasyon vanası yerine kullanılmamalıdır.

İzolasyon vanalarında olduğu gibi, farklı çek vana tasarımları mevcuttur ve her biri belirli uygulamalara uygundur. Bu modülde farklı çek vana türleri ve uygulamaları ile birlikte doğru boyutlandırma yöntemi tartışılmaktadır.

Kaldırma tipi çek vanalar

Kaldırma tipi çek vanalar, disk veya tapa otomatik olarak çalıştırılması dışında, küresel vanalara benzer bir konfigürasyona sahiptir. Giriş ve çıkış portları, tipik olarak metal bir oturağa oturan konik bir tapa ile ayrılır; bazı vanalarda tapa bir yay kullanılarak yerinde tutulabilir. Vanaya ileri yöndeki akışta, akışkanın basıncı koniyi oturağından kaldırarak vanayı açar. Ters akışta, koni oturağına geri döner ve ters akış basıncı tarafından yerinde tutulur.

Metal bir oturak kullanılıyorsa, kaldırma tipi çek vana yalnızca ters akış koşullarında az miktarda sızıntının kabul edilebilir olduğu uygulamalar için uygundur. Ayrıca, kaldırma tipi çek vananın tasarımı genellikle kullanımını su uygulamalarıyla sınırlar; bu nedenle, genellikle kondenstoplarda kondensin ters akışını önlemek ve döngüsel kondens pompalarının çıkışlarında kullanılırlar.

Kaldırma tipi çek vananın ana avantajı sadeliğinde yatar ve koni tek hareketli parça olduğundan vana dayanıklıdır ve az bakım gerektirir. Ayrıca, metal oturak kullanımı oturak aşınmasını sınırlar. Kaldırma tipi çek vananın iki önemli sınırlaması vardır; birincisi, yalnızca yatay boru hatlarına kurulum için tasarlanmıştır ve ikincisi, boyutu genellikle DN80 ile sınırlıdır; bundan daha büyük boyutlarda vana çok hantal hale gelir. Piston tipi kaldırma tipi çek vana, standart kaldırma tipi çek vananın bir modifikasyonudur. Koni yerine piston şekilli bir tapa içerir ve bu mekanizmaya bir amortisör uygulanır. Amortisör, çalışma sırasında bir sönümleme etkisi yaratır ve böylece vananın sık çalıştırılmasından kaynaklanan hasarı ortadan kaldırır; örneğin basınç dalgalanmalarına veya akış yönündeki sık değişikliklere maruz kalan boru hattı sistemlerinde (bir örnek kazan çıkışı olabilir).

Salınım tipi çek vanalar

Salınım tipi çek vana, boru çapıyla aynı çapta bir kapak veya diskten oluşur ve akış yoluna doğru sarkar. İleri yöndeki akışta, akışkanın basıncı diski menteşe yukarıya doğru zorlayarak vanadan akışa izin verir. Ters akış, diski oturağa karşı kapatır ve akışkanın boruya geri gitmesini durdurur. Akışın olmadığı durumlarda, kapağın ağırlığı vananın kapanmasından sorumludur; ancak bazı durumlarda kapanma, ağırlıklı bir kol kullanılarak desteklenebilir. Şekil 12.3.2’den görülebileceği gibi, tüm mekanizma kapağın akış yolundan çekilmesine izin veren bir gövde içinde kapatılmıştır.

Salınım tipi çek vanalar, açık konumda diskin ağırlığı nedeniyle akışa karşı nispeten yüksek direnç oluşturur. Ayrıca, kapak akışkan akışı üzerinde ‘yüzdüğü’ için türbülans yaratır. Bu, salınım tipi çek vanada diğer türlere kıyasla tipik olarak daha büyük bir basınç düşüşü olduğu anlamına gelir.

Akıştaki ani değişikliklerde, disk vana oturağına çarpabilir; bu da oturakta önemli aşınmaya ve boru sistemi boyunca su darbesine neden olabilir. Bu, diske bir sönümleme mekanizması takılarak ve oturak aşınmasını sınırlamak için metal oturaklar kullanılarak giderilebilir.

Wafer tipi çek vanalar

Hem kaldırma tipi hem de salınım tipi çek vanalar hantal olma eğilimindedir, bu da boyutlarını sınırlar ve maliyetli hale getirir. Bunu aşmak için wafer tipi çek vanalar geliştirilmiştir. Tanım olarak wafer tipi çek vanalar, bir dizi flanş arasına oturacak şekilde tasarlanmış vanalardır. Bu geniş tanım, disk tipi çek vanalar ve salınım veya bölünmüş disk tipi çek vanaların wafer versiyonları dahil olmak üzere çeşitli farklı tasarımları kapsar.

Disk tipi çek vanalar

Disk tipi çek vana dört ana bileşenden oluşur: gövde, disk, yay ve yay tutucu. Disk, tutucu tarafından yerinde tutulan yay tarafından direnç gösterilen, akışkan akışına dik bir düzlemde hareket eder. Gövde, kurulumu kolaylaştıran entegre bir merkezleme manşonu olarak çalışacak şekilde tasarlanmıştır. ‘Sıfır sızdırmazlık’ mührünün gerekli olduğu durumlarda, yumuşak bir oturak eklenebilir.

Üst akış basıncının diske uyguladığı kuvvet, yay, diskin ağırlığı ve alt akış basıncının uyguladığı kuvvetten daha büyük olduğunda, disk oturağından kaldırılmaya zorlanarak vanadan akışa izin verir. Vanadaki diferansiyel basınç azaldığında, yay diski oturağına geri zorlar ve ters akış meydana gelmeden hemen önce vanayı kapatır. Bu Şekil 12.3.4’te gösterilmiştir. Yay varlığı, disk tipi çek vananın herhangi bir yöne monte edilmesini sağlar.

Çek vanayı açmak için gereken diferansiyel basınç esas olarak kullanılan yay türüne bağlıdır. Standart yayın yanı sıra birkaç yay seçeneği mevcuttur:

• Yay yok - Vanadaki diferansiyel basıncın küçük olduğu durumlarda kullanılır.
• Nimonic yay - Yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır.
• Ağır hizmet tipi yay - Gerekli açma basıncını artırır. Kazan besleme suyu hattına monte edildiğinde, buhar basınçsız olduğunda buhar kazanlarının su basmasını önlemek için kullanılabilir. Tüm wafer tipi çek vanalarda olduğu gibi, disk tipi çek vananın boyutu ilgili boru hattının boyutuna bağlıdır. Bu genellikle vananın doğru boyutlandırılmasını sağlar, ancak vananın aşırı veya yetersiz boyutlandırıldığı durumlar da vardır. Aşırı boyutlandırılmış bir çek vana genellikle sürekli vana titremesi ile belirtilir; bu, vana yalnızca kısmen açıkken meydana gelen vananın tekrarlayan açılması ve kapanmasıdır. Bunun nedeni, vana açıldığında üst akış basıncında bir düşüş olmasıdır; bu basınç düşüşü vanadaki diferansiyel basıncın gerekli açma basıncının altına düşmesi anlamına geliyorsa, vana hızla kapanır. Vana kapanır kapanmaz basınç tekrar artmaya başlar ve böylece vana açılır ve döngü tekrarlanır. Aşırı boyutlandırma genellikle daha küçük bir vana seçilerek düzeltilebilir, ancak bunun herhangi bir akış için vanadaki basınç düşüşünü artıracağı unutulmamalıdır. Bu kabul edilemezse, disk üzerindeki kapanma kuvveti azaltılarak titreme etkileri giderilebilir. Bu, ağır hizmet tipi yay yerine standart bir yay kullanılarak veya yay tamamen kaldırılarak yapılabilir. Bir diğer alternatif yumuşak bir oturak kullanmaktır; bu titremeyi önlemez ancak gürültüyü azaltır. Ancak dikkatli olunmalıdır, çünkü bu oturakta aşırı aşınmaya neden olabilir. Yetersiz boyutlandırma, vanada aşırı basınç düşüşüne neden olur ve aşırı durumlarda akışı bile engelleyebilir. Çözüm, yetersiz boyutlandırılmış vanayı daha büyük bir vanayla değiştirmektir. Disk tipi çek vanalar, kaldırma tipi ve standart salınım tipi çek vanalardan daha küçük ve daha hafiftir ve dolayısıyla daha düşük maliyetlidir. Ancak disk tipi çek vananın boyutu DN125 ile sınırlıdır; bundan daha büyük boyutlarda tasarım karmaşıklaşır. Tipik olarak, böyle bir tasarım konik şekilli bir disk ve koninin merkez hattı boyunca tutulan ve yönlendirilen küçük çaplı bir yay içerir; bu da üretimde daha zor ve pahalıdır. Buna rağmen, bu tür tasarımlar hala boyut olarak DN250 ile sınırlıdır. Standart disk tipi çek vanalar, güçlü titreşimli akışın olduğu uygulamalarda kullanılmamalıdır; örneğin, bir pistonlu hava kompresörünün çıkışında, çünkü diskin tekrarlayan darbesi yay tutucunun arızalanmasına ve yayda yüksek stres seviyelerine yol açabilir. Bu tür uygulamalar için özel olarak tasarlanmış tutucular mevcuttur. Bu tasarımlar tipik olarak disk yolculuğunu azaltır; bu da akışa karşı direnci etkili bir şekilde artırır ve dolayısıyla vanadaki basınç düşüşünü artırır. Disk tipi çek vanaların tasarımı, dikey boru hatları dahil olmak üzere herhangi bir konuma monte edilmesine olanak tanır.

Salınım tipi wafer çek vanalar

Bunlar standart salınım tipi çek vanalara benzer, ancak tam gövdeli düzeneğe sahip değildir; bunun yerine vana açıldığında kapak boru hattının üst kısmına zorlanır. Bu nedenle, kapağın çapı boru hattınınkinden daha küçük olmalıdır ve bu nedenle, salınım tipi vanalar için genellikle yüksek olan vanadaki basınç düşüşü daha da artar. Salınım tipi çek vanalar, disk akışkan akışı üzerinde ‘yüzdüğü’ için basınç düşüşünün önemli hale geldiği daha küçük boru hatlarında daha az, daha büyük boru hattı boyutlarında (tipik olarak DN125’in üzerinde) kullanılır. Ayrıca, vananın yapımı için gereken az miktarda malzeme nedeniyle, bu vanaların daha büyük boyutlarda kullanılmasıyla önemli maliyet tasarrufları elde edilir. Ancak daha büyük boyutlu vanaların kullanılmasıyla ilgili bir sorun vardır; boyutları nedeniyle diskler özellikle ağırdır ve kapandıklarında büyük miktarda kinetik enerjiye sahiptir. Vana hızla kapandığında bu enerji oturağa ve prosest akışkana aktarılır; bu da vananın oturağına zarar verebilir ve su darbesi oluşturabilir.

Wafer tipi çek vana uygulamaları

Wafer tipi çek vanalar, kompakt tasarımları ve nispeten düşük maliyetleri nedeniyle çoğu uygulama için tercih edilen çek vana türü haline gelmektedir. Aşağıda en yaygın uygulamalarından bazıları listelenmektedir:

• Kazan besleme hatları - Çek vana, besleme pompası durduğunda kazan suyunun besleme hattı boyunca depo tankına geri itilmesini önlemek için kullanılır. Ayrıca, besleme pompası kapatıldığında yerçekimi altında kazana akışı önlemek için kazan besleme hattına ağır hizmet tipi yaylı ve yumuşak oturaklı bir disk tipi çek vana takılabilir.

• Kondenstoplar - Atmosfere boşalan kondenstoplar hariç, kondensin geri akışının buhar alanını su basmasını önlemek için kondenstopun ardından her zaman bir çek vana eklenmelidir. Çek vana ayrıca kondenstopun kondens hattındaki herhangi bir hidrolik şokdan zarar görmesini de önler. Patlama tipi boşaltma yapan kondenstoplar kullanılırken, çek vananın kondenstoptan en az 1 m aşağı akışa monte edilmesi gerektiği unutulmamalıdır.

• Sıcak su devreleri - Pompa kapatıldığında pompadan ters akışı önlemek için her pompanın ardından bir çek vana monte edilmelidir (Bkz. Şekil 12.3.8).

• Vakum kırıcılar - Çek vanalar ters takılarak vakum kırıcı olarak kullanılabilir. Bir vakum oluştuğunda vana açılarak atmosferden havanın çekilmesine izin verir (Bkz. Şekil 12.3.9).

• Karıştırma - Farklı hatlar boyunca kontaminasyona yol açacak ters akışı önlemek için her besleme hattına bir çek vana takılmalıdır. Yaygın bir karıştırma uygulaması, sıcak su sağlamak için sıcak ve soğuk suyun karıştırılmasıdır (Bkz. Şekil 12.3.10).

• Boru hattı fittings koruması - Çek vanalar, akışölçerler ve kontrol vanaları gibi ters akıştan zarar görebilecek ekipmanlara zarar verilmesini önlemek için kullanılır. Çek vanalar ayrıca filtrelerin içeriğinin ters akan akışkan tarafından yukarı akış boru hattına bırakılmasını da engeller.
• Çoklu kazan uygulamaları - Sıcak beklemede olabilecek kazanlara buhar akmasını önlemek için her kazanın çıkışına bir çek vana eklenmelidir (Bkz. Şekil 12.3.11).

• Blöf kapları - Bir blöf kabı birden fazla kazandan blöf aldığında, her ayrı blöf hattına bir wafer tipi çek vana monte edilmelidir. Bu, bir kazandan gelen blöfün başka bir kazana geri akmasını önleyecektir. Birçok ülkede bu yasal bir gerekliliktir.
• Flaş buhar kapları - Flaş buhar kabının flaş buhar çıkışına bir wafer tipi çek vana monte edilir; bu, herhangi bir makyaj vanasından gelen buharın flaş buhar kabına geri akmasını engeller (Bkz. Şekil 12.3.12). Flaş buhar kabını boşaltan kondenstopun ardından da bir çek vana monte edilir.

Bölünmüş disk tipi çek vanalar

Bölünmüş disk tipi çek vana veya çift plakalı çek vana, salınım tipi ve disk tipi wafer çek vanaların boyut ve basınç düşüşü sınırlamalarını aşmak için tasarlanmıştır. Salınım tipi çek vananın kapağı esasen ortasından bölünmüş ve menteşelenmiştir; böylece iki disk plakası yalnızca bir yönde salınabilir. Disk plakaları, menteşeye monte edilmiş bir burulma yayı tarafından oturağa karşı tutulur. Menteşeyi akış yolunun merkezinde tutmak için harici olarak monte edilen tutma pimleri kullanılabilir. Bu tutma pimleri, vanadan sızıntı için yaygın bir kaynaktır. Geliştirilmiş bir tasarım, menteşeyi dahili olarak sabitler ve vana mekanizması tamamen gövde içinde mühürlendiğinden, atmosfere sızıntı önlenir (Bkz. Şekil 12.3.13).

Vana normalde kapalıdır, çünkü disk plakaları burulma yay tarafından kapalı tutulur. Akışkan ileri yönde aktığında, akışkanın basıncı disk plakalarının menteşeyle açılmasını sağlayarak akışa izin verir. Çek vana, herhangi bir ters akış meydana gelmeden önce akış durur durmaz yay tarafından kapatılır.

Bölünmüş disk tipi çek vananın sık açılıp kapanması, disk plakalarının topuklarının açılma sırasında oturağa sürtünmesine izin verilirse kısa sürede oturak hasarına neden olacaktı. Bunu aşmak için, disk plakalarının topukları vananın ilk açılışında kalkar ve plakalar oturak yüzeyi yerine tamamen menteşe üzerinde döner.

Bölünmüş disk tipi çek vana, diğer çek vana türlerine göre birkaç avantaja sahiptir:

• Bölünmüş disk tasarımı boyut olarak sınırlı değildir ve bu vanalar DN5400’e kadar boyutlarda üretilmiştir.
• Bölünmüş disk tipi çek vanadaki basınç düşüşü, diğer türlere kıyasla önemli ölçüde daha düşüktür.
• Daha düşük açma basınçlarıyla kullanılmaya uygundur.
• Bölünmüş disk tipi çek vanalar, dikey boru hatları dahil olmak üzere herhangi bir konuma monte edilebilir.

Diğer çek vana türleri

Yukarıda bahsedilen çek vana türleri, buhar, kondens ve sıvı sistemlerinde en sık karşılaşılan türlerdir. Ancak birkaç başka tür de mevcuttur. Aşağıda listelenen üç tür esas olarak sıvı uygulamalarına uygundur ve dolayısıyla kondens sistemlerinde bulunabilir:

• Küre tipi çek vana - Vananın girişinde normalde oturan ve girişi kapatan kauçuk kaplı bir küreden oluşur. Küreye basınç uygulandığında, bir kılavuz ray boyunca oturağından hareket ettirilerek akışkanın geçmesine izin verir. Akışkan basıncı düştüğünde, küre giriş oturağındaki konumuna geri kayar. Not: Küre tipi çek vanalar tipik olarak yalnızca sıvı sistemlerinde kullanılır, çünkü bir küre kullanarak sıkı bir sızdırmazlık elde etmek zordur.
• Diyafram tipi çek vana - Esnek bir kauçuk diyafram, boru hattındaki akış yönünde ucu bulunan bir ızgara veya delikli koni içine yerleştirilir (Bkz. Şekil 12.3.15). İleri yöndeki akış, diyaframı içe doğru bükerek akışkanın serbestçe geçmesine izin verir. Akış olmadığında veya bir geri basınç varsa, diyafram orijinal konumuna geri dönerek vanayı kapatır. Not: Diyafram malzemesi tipik olarak diyafram tipi çek vananın kullanımını 180°C ve 16 bar altındaki akışkanlarla sınırlar.

• Yatırma diskli çek vana - Bu, salınım tipi çek vanaya benzer, ancak kapak basınç merkezinin önünde menteşelenmiştir ve normalde kapalı bir konum almak için karşı ağırlıklı veya yay yüklüdür (Bkz. Şekil 12.3.16). İeri yöndeki akışta, disk kalkar ve akışta ‘yüzer’, akışa karşı minimum direnç sunar. Disk dengelidir; böylece akış azaldıkça kapalı konumuna doğru döner ve ters akış başlamadan önce kapanır. Çoğu koşulda çalışma düzgün ve sessizdir. Not: Yatırma diskli çek vananın tasarımı nedeniyle, yalnızca sıvı uygulamalarıyla kullanım ile sınırlıdır.

Basınç kaybı grafikleri

Çek vanaların çoğu türü hem sıvı hem de gaz sistemlerinde kullanıma uygun olduğundan, üreticiler tipik olarak vanadaki basınç düşüşünü su için basınç kaybı grafiği biçiminde gösterir. Tipik bir basınç kaybı grafiği Şekil 12.3.17’de gösterilmektedir. Belirli bir vana boyutu ve m³/h cinsinden su debisi için belirli bir çek vanadaki basınç düşüşünü gösterir.

Diğer sıvılar için çek vanadaki basınç düşüşünü belirlemek üzere, eşdeğer su hacim debisinin hesaplanması gerekir; bu, Denklem 12.3.1’deki formül kullanılarak yapılır:

Eşdeğer su hacim debisi belirlendikten sonra, vanadaki basınç düşüşü, su için aynı yöntem kullanılarak grafikten okunabilir; gerçek hacim debisi yerine eşdeğer su hacim debisi seçilir.

Hacimsel debinin (m³/h cinsinden) tipik olarak sıvı uygulamaları için belirtildiği, oysa buhar uygulamalarında kütle debisinin (kg/h cinsinden) normalde kullanıldığı unutulmamalıdır. kg/h’den m³/h’ye dönüştürmek için, kütle debisi belirli çalışma basıncı ve sıcaklığı için hacimli ağırlık (kg/m³ cinsinden) ile çarpılır (Bkz. Denklem 12.3.2).

Alternatif olarak, vananın Kv değeri belirtilmişse, vanadaki basınç düşüşü Modül 12.2’de açıklanan yöntem kullanılarak belirlenebilir. Örnek 12.3.1 8 bar basınçta 1 200 kg/h doymuş buhar geçiren bir DN65 çek vanadaki basınç düşüşünü belirleyin. Şekil 12.3.17’de gösterilen basınç düşüşü özelliklerini kullanın. Çözüm: İlk adım hacimsel debiyi hesaplamaktır: 8 bar göstergede buhar tablolarından, vg = 0.214 9 m³/kg

Şekil 12.3.18 kullanılarak, vanadaki basınç düşüşü yaklaşık 0.085 bar olacaktır.