Lineer Hareketli İzolasyon Vanaları

İzolasyon vanaları, prosest ortamını yönlendirmek, bakımı kolaylaştırmak, ekipman sökümü ve kapatma işlemleri için kullanılır. Bu eğitimde sürgülü, küresel, pistonlu ve diyframlı vanaların çalışması, uygulaması ve yapısı incelenmektedir.

İzolasyon Vanaları - Lineer Hareket

İzolasyon vanaları, sistemin belirli bir alanına akışkan akışını durdurmak için kullanıldığından herhangi bir akışkan sisteminin temel bileşenleridir. Bazen akışkanın akışını manuel olarak kontrol etmek için de kullanılır. Avrupa standardı EN 736-1:1995, izolasyon, regülasyon ve kontrol vanaları arasında aşağıdaki gibi ayrım yapar:

• İzolasyon vanası - Yalnızca kapalı veya tam açık konumda kullanılmak üzere tasarlanmış bir vana.
• Regülasyon vanası - Kapalı ve tam açık arasındaki herhangi bir konumda kullanılmek üzere tasarlanmış bir vana.
• Kontrol vanası - Bir prosest kontrol sisteminde akışkan debisini değiştiren güçle çalışan bir cihaz. İzolasyon vanaları, açık/kapalı tip kontrolün gerekli olduğu çok çeşitli uygulamalarda kullanılır; bunlar şunları içerir:
• Prosest ortamının yönlendirilmesi.
• Akış izolasyonu:
• Bakımı kolaylaştırmak
• Ekipman sökümüne izin vermek
• Tesisin kapatılmasına izin vermek

Bu uygulama yelpazesini ve kullanıldıkları çeşitli çalışma koşullarını karşılamak için çok çeşitli farklı tür ve tasarımlarda izolasyon vanası geliştirilmiştir. Vanalar, kapanma cihazının (veya obtüratörün) çalışma hareketine göre iki gruba ayrılır (Bkz. Tablo 12.1.1):

• Lineer hareketli vanalar - Obtüratör düz bir çizgide hareket eder. Bu kategoride sürgülü vanalar, küresel vanalar, diyframlı vanalar ve sıkıştırmalı vanalar yer alır. Bu vanalar bu modülde daha derinlemesine ele alınmaktadır.
• Döner hareketli vanalar - Obtüratör, akış yönüne dik bir eksen etrafında döner. Küresel vanalar ve kelebek vanalar, buhar uygulamalarıyla ilişkili en önemli iki döner vanadır ve Modül 12.2, Döner Hareketli İzolasyon Vanaları’nda daha derinlemesine ele alınır.

Lineer hareketli vanalar

Lineer hareketli vanalar, sulama kanallarındaki su akışını kontrol etmek için kullanılan erken tip savak kapaklarından geliştirilmiştir. O zamandan beri, hemen hemen her tür akış uygulamasında kullanılmak üzere çok sayıda farklı tasarım ve tür geliştirilmiştir. Lineer hareketli vanalar düz çizgili obtüratör hareketi ile karakterize edilmesine rağmen, akışkan akışı bu harekete dik (sürgülü vanalarda olduğu gibi) veya küresel vanalarda olduğu gibi aynı yönde olabilir. Lineer hareketli vananın ana özelliği, obtüratörü dişli bir mil üzerinde sıkarak sıkı bir kapanma elde edilebilmesidir.

Sürgülü vanalar

Sürgülü vanalar, evsel su sistemlerinde yaygın kullanımları nedeniyle muhtemelen günümüzde kullanılan en yaygın vanalardır; ancak endüstrideki popülaritelerinin son yıllarda azaldığı unutulmamalıdır. Bununla birlikte, kesintisiz akışın gerekli olduğu yerlerde hala kullanılmaktadırlar; çünkü sürgü tamamen kapak içine çekilerek vana açık konumdayken minimum basınç düşüşü oluşturur. Sürgülü vanalar özellikle izolasyon uygulamaları için tasarlanmıştır. Sürgülü vana dört ana bileşenden oluşur: gövde, kapak (veya üst kapak), sürgü ve mil. Tipik bir sürgülü vana Şekil 12.1.1’de gösterilmiştir.

Oturağın arasından kayan sürgü, akış yolundan çıkana kadar akış yönüne dik bir yönde kaldırılır. Sürgünün tamamen kapağa çekilmesi, vanadaki basınç düşüşünün düşük olmasını sağlar.

Sürgülü vanalar, sürgü tasarımına ve oturak yüzeylerine bağlı olarak birkaç farklı sınıfa ayrılır.

Katı kama tipi sürgülü vana

Sürgü kama şeklindedir ve vana gövdesindeki karşılık gelen yüzeylere oturur. Etkinleştirme dişlisinin mekanik avantajı ve kama açısı, aşırı el çarkı çabası gerektirmeden akışkan basıncına karşı yeterli oturma kuvvetlerinin uygulanmasını sağlar. Oturak, yüksek bütünlükte bir kapanmayı desteklemek için bazen PTFE ile kaplanabilir. Tipik bir katı kama tipi sürgülü vana Şekil 12.1.1’de gösterilmiştir.

Esken kama tipi sürgülü vana

Esken kama tipi sürgülü vanaların birkaç türü olmasına rağmen, hepsi çok kısa bir aks üzerinde iki tekerlek şeklinde şekillendirilmiş esnek iki parçalı bir disk kullanır. Diskin esnekliği, geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında sıkı oturma sağlar. Buhar uygulamalarında kullanılan en yaygın esken kama tipi sürgülü vana türü paralel kaydırma vanasıdır. Sürgüyü oluşturan iki plaka, aralarına kapatılmış bir yay tarafından oturağa karşı tutulur. Akışkan basıncı üst akış diskini oturağından uzaklaştırır ve kuvvet alt akış diskine aktarılır; böylece sıkı bir kapanma sağlanır. Sürgüdeki yüksek esneklik derecesi, sıcaklık değişimlerine maruz kaldığında genleşmeye ve büzülmeye izin vererek buhar sistemlerinde kullanıma uygun hale getirir.

Küresel vanalar

Küresel vanalar, lineer hareketli vanaların önemli bir sınıfını oluşturur; çoğu uygulamaya uygun çok çeşitli konfigürasyonlar mevcut olduğundan sürgülü vanalardan daha popüler hale gelmişlerdir. Vanadaki akışkanın hareketi obtüratörün çalışma hareketine boyunadır; bu, girişi ve çıkışı yatay olarak karşı karşıya olan bir vanada akışkanın değişen bir yol izlemesi gerektiği anlamına gelir. Bu düzenlemenin ana avantajı, küresel vananın disk tam akışa izin vermek için oturağından yalnızca kısa bir mesafe hareket etmesi gerektiğinden sürgülü vanadan daha hızlı açılmasıdır. Bu, vananın sık çalıştırılması gerektiğinde bir avantajdır. Dezavantajı, akışkanın yön değiştirmek zorunda kalması, akışa karşı direnci artırması ve türbülans oluşturmasıdır. Bu, küresel vanada sürgülü vanaya kıyasla daha yüksek bir basınç düşüşüne neden olur.

Küresel vanalar sürgülü vanalara göre sızıntı yapma olasılığı daha düşüktür; bu da daha yüksek basınç veya daha yüksek hacimli uygulamalarda, örneğin buhar sistemlerinde veya akışkan kaybının tehlikeli veya maliyetli olabileceği durumlarda kullanılabilecekleri anlamına gelir. Küresel vanaların sürgülü vanalara göre artan maliyeti, sağladıkları ek güvenlik ve akışkan kaybı olasılığının azalmasıyla dengelenir.

Diskin alanı üzerinde etki eden akışkan basıncı, mil üzerinde eksenel bir yük oluşturur. Bu, vanayı kapatmayı zorlaştırır; öyle ki standart bir küresel vananın boyutunu DN250 ile sınırlar. Yüksek diferansiyel basınçlı kapalı sistemlerde, dengeleme tapaları bu etkiyi gidermek için kullanılabilir; bu da 500 mm’ye kadar nominal çapa sahip vanaların kullanılmasına olanak tanır (Şekil 12.1.3(a)). Dengeleme tapası, pilot vana işlevi gören bir ön kaldırma tapası içerir. Vana açıldığında, ön kaldırma tapası önce açılarak ortamın kontrollü bir hızda geçmesine izin verir (Şekil 12.1.3(b)). Bu, vanadaki diferansiyel basıncı azaltır ve diskin oturağından kolayca kaldırılmasını sağlar (Şekil 12.1.3(c)). Vananın kapanmasını desteklemek için, dengeleme tapalı izolasyon vanaları ters takılmalıdır; böylece tapanın üst kısmına üst akış basıncı etki eder.

Pistonlu vanalar

Lineer hareketli vanaların başlıca dezavantajlarından biri, oturaklarının kirden ve çekme etkisinden zarar görmeye eğilimli olmasıdır; bu nedenle uygulamaya bağlı olarak düzenli bakım gerektirebilir. Teoride bu oturaklar değiştirilebilir olsa da, bu genellikle önemli zaman ve maliyet gerektirir ve genellikle tüm vanayı değiştirmek daha avantajlıdır. Bu sorunu gidermek için pistonlu vanalar geliştirilmiştir. Pistonlu vana, konvansiyonel küresel vananın bir varyasyonudur; geleneksel oturak ve koni piston ve fener burcu ile değiştirilmiştir. Piston vana miline ve el çarkına bağlıdır ve bir fener burcu ile ayrılmış iki sızdırmazlık halkasından geçer. Montaj edildiğinde, iki sızdırmazlık halkası seti mil boyunca uyganan yük tarafından piston etrafında sıkıştırılır. Üst sızdırmazlık halkası seti geleneksel salmastra olarak işlev görür ve alt set oturak olarak işlev görür. Ayrıca, piston ile halkalar arasındaki geniş sızdırmazlık alanı yüksek düzeyde kapanma sıkılığı sağlar. Pistonlu vana boğma görevleri için tasarlanmamıştır ve tam açık veya kapalı konumlarda kullanılmalıdır. Vana tamamen açıldığında, yalnızca pistonun alt yüzeyi akışkana maruz kalır; çünkü gövdenin geri kalanı üst sızdırmazlık halkaları tarafından korunur. Bu, sızdırmazlık yüzeylerinin (pistonun yanları) akışkan akışı tarafından erozyona karşı korunduğu anlamına gelir.

Vana bakım gerektiriyorsa, kapak somunlarını gevşeterek ve pistonu çekerek tüm iç parçalar kolayca çıkarılabilir. Halkalar ve fener burcu daha sonra bir çıkarma aracı kullanılarak çıkarılabilir. Bu işlem basittir ve vanayı boru hattından çıkarmadan yapılabilir. Genel olarak, pistonun değiştirilmesi gerekmez, ancak sızdırmazlık halkaları sık kullanımla uzun süre içinde aşınabilir.

Diyframlı vanalar

Diyframlı vanalar, lineer hareketli vanaların üçüncü ana türünü oluşturur. Vananın mili, akışkanın yolunu engelleyen esnek bir diyframı aşağı itmeye kullanılır. Vana gövdesinin geometrisine bağlı olarak iki farklı diyframlı vana sınıflandırması vardır:

• Savak tipi - Gövdeye bir savak dökülür ve kapalıyken diyfram savağa oturarak akışı kısıtlar (Bkz. Şekil 12.1.5 (a)).
• Düz geçişli tip - Silindir gövde yanlamasına geçer ve kapanmayı sağlamak için kama şekilli bir diyfram kullanılır (Bkz. Şekil 12.1.5 (b)).

Diyframlı vananın ana avantajı, diyframın vananın hareketli parçalarını prosest akışkandan izole etmesidir. Bu nedenle agresif akışkanları ve askıda katı madde içeren akışkanları işlemek için uygundurlar. Ayrıca, kapak montajı akışkana maruz kalmadığından, dökme demir gibi ucuz malzemelerden yapılabilir; böylece genel maliyet azalır. Yeni diyfram malzemelerinin geliştirilmesi, diyframların çoğu akışkanla kullanılmasını sağlar. Ancak uygulamaları diyframın dayanabildiği sıcaklıkla sınırlıdır - tipik olarak 175°C’nin altındadır. Diyframlı vanalar genellikle prosest akışkan uygulamalarında kullanılır.

Lineer hareketli vana mil seçenekleri

Lineer hareketli vanalar birkaç farklı mil düzeni ile mevcuttur:

• Yükselen/yükselmeyen miller - Mil yükselen tip ise, vana açıldığında dikey olarak yukarı hareket eder; yükselmeyen milde ise yalnızca döner. Yükselen mil, vananın açıklık derecesini gösterir; bu da vanadaki akış miktarını yaklaşık olarak yansıtır. Ancak yükselen milli vanalar, milin tam açık konumda barındırılması için kapağın üstünde daha fazla alan gerektirir. Yükselmeyen miller, salmastra dolgulu vanalarda önerilir; çünkü dolgudaki aşınmayı azaltırlar.

• İç/dış dişli miller - Dış dişli bir mildde, mil üzerindeki tahrik dişlileri vana gövdesinin dışında bulunur ve prosest akışkana maruz kalmaz. Dişli dişler özellikle korozyona yatkın olduğundan, korozyon yapıcı veya erozyon yapıcı özelliklere sahip akışkanlarda her zaman dış dişliler kullanılmalıdır. Ayrıca vana büyük sıcaklık değişimlerine sık maruz kaldığında da faydalıdır; çünkü milin genleşmesi ve büzülmesi gövde içindeki dişlerin sıkışmasına neden olabilir.

Mil sızdırmazlığı

Bir vananın milinden prosest ortamın sızmasını önlemek için, akışkan ile ortam arasına bir bariyer yerleştirilmelidir. Mil sızdırmazlığı genellikle iki yöntemden biriyle sağlanır: salmastra contası ve körük sızdırmazlığı. Salmastra contası, tipik olarak PTFE olan polimerik bir malzemenin mil ile vana kapağı arasına sıkıca paketlenmesinden oluşur ve böylece herhangi bir prosest ortamın kaçışını önler.

Körük sızdırmazlıklı vanalarda esnek metal bir körük kullanılır. Bir ucu mile ve diğer ucu kapağa bağlanarak akışkan ile ortam arasında etkili bir bariyer oluşturur. Bu körük, mil yukarı aşağı hareket ettikçe uzar ve büzülür. Körük o kadar etkilidir ki ‘sıfır emisyon’ sızdırmazlığı üretir. Körüke, körüğün mil ile birlikte dönmesini önleyen bir anti-torsiyon cihazı takılmıştır. Böyle bir cihaz şarttır; aksi takdirde körüğün tekrarlanan bükülmesi sızdırmazlığın arızalanmasına yol açar.

Ssalmastra contalı vanalar körük sızdırmazlıklı vanalardan daha az maliyetli olsa da, salmastra körük kadar sıkı bir sızdırmazlık oluşturmaz. Salmastra contalı vana önemli bir süre kullanılmazsa, salmastra contası sertleşir ve vana bir sonraki kullanıldığında sızıntı meydana gelir. Körük sızdırmazlıklı vana bu sorundan muzdarip değildir. Ayrıca, salmastra contalı vanalar düzenli olarak salmastra yeniden paketleme gerektirirken, tipik bir körük 10.000’den fazla döngü için bakım gerektirmez.