Küresel Vana Yuvası ve Kelebek Vana Yuvası Olarak Termoplastik Malzemeler

Valflerde çok sayıda termoplastik malzeme, özellikle küresel valf uygulamaları için yumuşak yatak seçenekleri olarak sunulmaktadır. Ayrıca astarlı kelebek vana, astarlı küresel vana, astarlı çek valf gibi astarlı vanalar da mevcuttur.

Küresel Vana Koltuğu

Küresel vanalar, bir boru hattındaki sıvı akışının ve basıncın kontrol edilmesinde kritik bir rol oynar, ancak etkinlikleri ve güvenlikleri yalnızca kullanılan yuva malzemesi kadar iyidir. Bu blog yazısında, yaygın olarak kullanılan beş küresel vana yuvası malzemesinin temellerini inceleyeceğiz.

Küresel Vanalar

Sızıntının çevresel açıdan yıkıcı olabileceği bir petrokimya uygulamasında veya temizlik ve sanitasyonun kritik olduğu bir farmasötik laboratuvarında bulunsa da, küresel vana yuvalarının güvenilir ve sağlam olması gerekir. Bir küresel vana, vananın gövdesinden, gövde kapağından, gövdeden, katı bilyeden ve yuvarlak küresel vana yuvasından oluşur.

Küresel vana yuvası, içerideki sıvının sızdırmaz hale getirilmesinden ve oturma geriliminin eşit şekilde dağıtılmasından sorumludur. Yumuşak yataklı küresel vana tasarımlarında conta olarak bir elastomer veya polimer kullanılır ve metalik bir oturma halkasına takılır. Sert yataklı küresel vanaların aksine bu yaklaşım popülerdir çünkü iyi bir sızdırmazlık etkisi sağlar, daha hafiftir ve daha uygun maliyetlidir.

Küresel Vana Yuvası Malzemelerinin Temel Özellikleri

Küresel vana yuvası için polimer malzeme seçerken çok sayıda faktör söz konusudur. Temel malzeme özellikleri arasında…

Güvenilir bir sızdırmazlık sağlamak için yeterli süneklik
Güvenilir sızdırmazlık ve performans için küresel vana yuvasının şeklini korumasını sağlayan boyutsal kararlılık
Mil torkunu minimumda tutmak için çok düşük sürtünme
Sıcaklık değişiklikleri meydana geldiğinde küresel vana yuvasının şeklini koruyabilmesi için düşük termal genleşme katsayısı
Uzun servis ömrü için mükemmel aşınma direnci
İlgili tüm ortamlarla kimyasal uyumluluk
Bazı çalışma ortamlarında küresel vana yuvası malzemelerinin şu özellikleri sergilemesi de önemlidir:
Su veya yüksek nem varlığında boyutsal değişiklikleri önlemek için düşük nem emilimi
Sıcak su, buhar ve sert temizlik kimyasallarını içerebilen tekrarlanan sterilizasyonla performansı koruyun
Ani dekompresyon (örn. 650 psi'nin üzerindeki basınç düşüşleri) durumunda iyi performans

Küresel Vana Yuvaları için Önerilen Malzemeler

Asetal, PEEK, PTFE, TFM ve UHMW-PE dahil çeşitli malzemeler küresel vana yuvaları olarak iyi çalışır.

PEEK Küresel Vana Yuvaları

Sıcaklık Aralığı: -50°F ila 550°F

Oda Sıcaklığında Maksimum Basınç: 6000 psi

Bej renk

PEEK mükemmel kimyasal direnç, çok düşük sürtünme, kendi kendine yağlama sunar ve alev geciktirici olmasının yanı sıra geniş bir çalışma sıcaklığı aralığına da sahiptir (-70°F ile 550°F arası). Çok agresif uygulamaların üstesinden gelebilir ve sıcak su ve buhara ihtiyaç duyulduğunda iyi çalışır, ancak sülfürik asit varlığında iyi performans göstermez.

Buna ek olarak PEEK, nükleer uygulamalara çok iyi adapte edilmiştir ve FDA onaylı kalitelerin yanı sıra geliştirilmiş aşınma özelliklerine ve daha iyi termal iletkenliğe sahip dolgulu sınıflarda da mevcuttur. PEEK'in genellikle çalışma sıcaklığı aralığı PTFE'nin dışında olduğunda küresel vana yuvaları için seçildiğini unutmayın.

PTFE Küresel Vana Yuvaları

Sıcaklık Aralığı: -50°F ila 400°F

Oda Sıcaklığında Maksimum Basınç: 1000 psi

Beyaz renk

PTFE (ticari adı Teflon olarak da bilinir), PEEK ile aynı özelliklerin çoğuna sahiptir ancak daha düşük sürtünme, kuru çalışma özellikleri ve daha kapsamlı kimyasal uyumluluk içerir. PEEK gibi, FDA onaylı sınıflarda mevcuttur ve -50°F'ye kadar kriyojenik sıcaklıklara ve 550°F'ye kadar yüksek sıcaklıklara ve 5.000 psi'ye kadar basınçlara dayanabilir.

Ayrıca PEEK gibi PTFE de tekrar tekrar sıcak suya ve buhara maruz kalsa bile performansını sürdürür. Ancak PTFE'nin flor veya alkalilerin varlığında iyi performans göstermediğini unutmayın. PTFE'nin temizlenmesi de çok kolaydır ve gelişmiş aşınma özellikleri, soğuk sürünmeye daha az eğilim ve daha düşük termal iletkenlik sağlayabilen cam veya karbonla güçlendirilmiş kalitelerde mevcuttur.

RPTFE Küresel Vana Koltukları

Sıcaklık Aralığı: -50°F ila 450°F

Oda Sıcaklığında Maksimum Basınç: 2000 psi

Renk: Kirli Beyaz

RTFE, kimyasal uyumluluğunu korurken PTFE'ye göre daha iyi aşınma ve aşınma direncine sahiptir. Çok yönlü sıcaklık özellikleri, RTFE'nin doymuş buhar uygulamalarında kullanılmasına olanak tanır. RTFE, çoğu Zeco yüzer küresel vana için standart yuva malzemesidir. Bu koltuk kostik (sodyum hidroksit, potasyum hidroksit vb.) servisinde kullanılmamalıdır.

TFM Küresel Vana Yuvaları

Sıcaklık Aralığı: -75°F ila 500°F

Oda Sıcaklığında Maksimum Basınç: 2000 psi

Renk: Şeffaf Beyaz

TFM (bazen Dyneon markasıyla anılır), PTFE'nin en iyi özelliklerini (düşük sürtünme, kimyasal direnç, yüksek sıcaklık performansı) daha iyi gerilim geri kazanımı ve daha yüksek basınçlarla başa çıkma yeteneği ile birleştiren ikinci nesil bir PTFE malzemesidir. Ayrıca PTFE'den daha elastik ve dayanıklıdır. TFM'nin çalışma sıcaklığı -100°F ila 450°F arasında değişir ve buhar ve termal akışkanları içeren uygulamalara iyi bir şekilde uyarlanmıştır.

UHMW-PE Küresel Vana Contaları

Sıcaklık Aralığı: -40°F ila 180°F

Oda Sıcaklığında Maksimum Basınç: 2000 psi

Renk: Şeffaf Beyaz

Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen anlamına gelen UHMW-PE, düşük sürtünme katsayısına, -70° F ila 200°F arasında değişen çalışma sıcaklığına, iyi kimyasal dirence, iyi boyutsal stabiliteye ve iyi aşınma direncine sahiptir. Genel olarak UHMW-PE'den yapılan küresel vana yuvaları 1.500 psi'ye kadar basınçları kaldırabilir ve düşük ila orta düzeyde radyasyona maruz kalmayı kaldırabilir.

Delrin Küresel Vana Koltukları

Sıcaklık Aralığı: -40°F ila 180°F

Oda Sıcaklığında Maksimum Basınç: 6000 psi

Beyaz renk

Agresif ortamlar söz konusu olduğunda Asetal (Delrin olarak da bilinir) sıklıkla kullanılır. Asetal mükemmel aşınma direnci sağlar, çok serttir, iyi tokluğa sahiptir ve soğuk akışa dayanıklıdır. Çalışma sıcaklığı aralığı çok geniş olmasa da (-70°F ila 180°F), 5.000 psi'ye kadar olan basınçları kaldırabilir. Asetal ayrıca radyoaktif ortamlarda da iyi çalışır ancak oksijen akışıyla kullanılmamalıdır.

Kelebek Vana

Çeşitli uygulamalar için farklı tipte kelebek vanalarımız mevcuttur. Kullanılan kelebek vana contasının türü uygulama koşullarına bağlıdır: sıcaklık, basınç ve ortam türü. Bir valfin hangi basınç ve sıcaklığa dayanabileceği hakkında daha fazla bilgi için üreticinin yayınladığı teknik özelliklere bakın.

BUNA-N (B) Kelebek Vana Yuvaları

BUNA-N, akrilonitril (ACN) ve bütadienin sentetik kauçuk kopolimeri olan nitrilin başka bir adıdır. Aşınma direnci, çekme mukavemeti ve düşük sıkıştırma ayarı nedeniyle bu kauçuk, conta endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir elastomerdir.

BUNA-N, hidrolik sıvılara, suya, alkollere, asitlere, petrol bazlı yağlara, yakıtlara, silikon greslere vb. karşı oldukça dayanıklıdır. Ancak onu güçlü kılan şey aynı zamanda esnek olmamasını da sağlar. BUNA sıcaklık derecesi 0°F ile 180°F arasındadır ve 225°F'ye kadar ısıya dayanıklıdır.

Bu malzeme bazı otomotiv uygulamalarında kullanılmaktadır. Ancak BUNA-N, aseton, keton, klorlu hidrokarbon, nitro hidrokarbon veya ozon içeren uygulamalar için uygun değildir.

EPDM (E) Kelebek Vana Yuvaları

-30°F ile 250°F arasındaki sıcaklıklar için derecelendirilmiştir. EPDM, Etilen Propilen Dien Monomer adı verilen bir bileşiğin kısaltmasıdır. Aynı zamanda yaygın olarak EPT, Nordel ve EPR olarak da adlandırılır. EPDM, su, fosfat, esterler, ketonlar, alkoller ve glikoller gibi polar bileşiklere karşı dayanıklılığı nedeniyle HVAC endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. EPDM malzemesi ayrıca konsantre sülfürik asit, 20% sodyum hipoklorit (çamaşır suyu), yüzme havuzları için klorlu su ve diğer alkalin çözeltilerin işlenmesi için de geçerlidir. EPDM, hidrokarbon solventlere ve yağlara, klorlu hidrokarbonlara, terebentine veya diğer petrol bazlı yağlara karşı dayanıklı değildir.

PTFE (P) Kelebek Vana Yuvaları

PTFE, politetrafloroetilen teriminin kısaltmasıdır ve yaygın olarak Teflon olarak bilinir. Bu termoplastik floropolimer düşük sürtünmeye, kimyasal dirence ve yangına dayanıklılık özelliklerine sahiptir. Teflon, bazı esnek oturmalı kelebek vanalar oluşturmak için kullanılır.

PTFE, kimyasal işleme veya petrol ve gaz gibi uygulamalarda uygun maliyetli bir malzemedir. Yalıtım kalitesi nedeniyle elektrik uygulamalarına uyumludur. Ancak yüksek basınç koşullarında kullanılmamalıdır. PTFE sıcaklık derecesi -50°F ile 400°F arasında değişir.

VİTON (V) Kelebek Vana Yuvaları

VITON, Dupont tarafından üretilen bir florokarbon elastomerinin tescilli ticari markasıdır. Bu malzemenin 3M'deki versiyonu Un olarak biliniyor. Bu elastomer ısıya ve kimyasallara karşı direnç sunar.

VITON, konsantre veya seyreltilmiş mineral asitlere ve hidrokarbon ürünlerine karşı dayanıklıdır. VITON sıcaklık derecesi -20°F ile 300°F arasında değişir.

Florokarbon, petrol yağları, klorlu hidrokarbonlar, tuz çözeltileri ve mineral asitleri içeren uygulamalarda kullanılır. Isı toleransı ve korozyona karşı direnci nedeniyle VITON, bıçaklı sürgülü vana gibi vana yuvalarının imalatında kullanılır. Ancak bu vana su veya buhar içeren proseslerle uyumlu değildir.

Aşağıdaki bölüm, bu malzemelerin özelliklerinin, yeteneklerinin ve uygulamalarının bazı temel yönlerini özetlemektedir.

Malzeme türleri

Tablo 1, vana uygulamalarında kullanılan polimer türlerini, bu Kılavuzda bahsedilen malzemelerin ortak kısaltmaları ve Ticari İsimleriyle birlikte göstermektedir.

Tablo 1 Yumuşak koltuklu termoplastik malzemeler

Yumuşak koltuklu termoplastik malzemeler -SGV

Polimer türü Kısaltma Yaygın Ticari İsimler
Politetrafloroetilen, PTFE Teflon, Hostaflon, Fluon
Etilen tetrafloroetilen, ETFE Tefzel
Poliklorotriflororetilen, PCTFE Kel-F, Aclon
Etilen Klorotrifloroetilen, ECTFE Halar
Perfloroalkoksi, PFA Teflon
Perflorlu etilen propilen, FEP Teflon, Neoflon
Poliamid – Naylon PAM Ultramid, Maranil, Nylatron
Poliamid imid, PAI Torlon, Vespel
Polieter eter keton, PEEK Victrex, Arlon
Polifenilen sülfür, PPS Ryton, Fortron, Supec
Polieter sülfon, PES, Victrex
Polioksimetilen asetal kopolimer, POM Kemetal, Delrin, Ultraform
Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen, UHMWPE, Hostalen

Genel olarak bu malzemeler birkaç jenerik gruba ayrılabilir: Floropolimerler – PTFE, PCTFE, ECTFE vb. gibi polimerler, esas olarak tetrafloroetilen ve çeşitli kloro türevlerinden türetilen florlanmış hidrokarbon zincir polimerlerine dayanmaktadır.

Fenol türevi polimerler – PEEK, PES ve PPS gibi doğrusal polimerler oksijen, kükürt ve karbonla birlikte fenilen gruplarını içerir.

Poliamidler – Naylonlar ve PAI gibi polimerler -NH-(C=O)- grubunu içerir.  Poliolefinler – Polietilen ve polipropilen gibi hidrokarbon zincir polimerleri.

Mekanik özellikler

Termoplastik malzemeler elastomerlerden temel olarak birçok azaltılmış elastik kapasiteye sahip olmaları ve 5 ila 10% veya daha fazla gerilime maruz kaldıklarında kalıcı deformasyona uğramaları bakımından farklılık gösterir (bkz. kauçukların uzaması, 70 ila 700% arasında olabilir).

Bu malzemelerin mekanik özellikleri oldukça değişkendir ve bunların başarılı bir şekilde uygulanması uygun malzeme seçimine bağlıdır. Temelde, bir malzemenin mekanik özelliklerinin düzeyi, o malzemenin başarılı bir şekilde kullanılabileceği basıncı yönetir. Mukavemet özellikleri sıcaklıkla birlikte her zaman düştüğü için, bir valf uygulamasındaki yumuşak yuva malzemesinin basınç derecesi de sıcaklık arttıkça azalacaktır.

Termoplastiklerin yüksek sıcaklıklarda basınç özelliklerini genişletmek için, mukavemeti ve sertliği arttırmak amacıyla sıklıkla cam veya karbon fiber gibi takviye edici dolgu maddeleri ile harmanlanırlar. Sürtünmeyi azaltmak ve valf torkunu kontrol etmek için grafit, MoS2 veya PTFE gibi diğer dolgu maddeleri eklenebilir.

Tablo 2, yumuşak valf yuvaları olarak kullanılan işlenmemiş ve doldurulmuş termoplastik polimerlerin tipik mekanik özelliklerini göstermektedir.

Tablo 2 Termoplastik valf yuvası malzemelerinin mekanik özellikleri

Termoplastik valf yuvası malzemelerinin mekanik özellikleri-SGV

Kimyasal direnç

Termoplastik malzemeler genellikle mükemmel kimyasal direnç gösterir. Bununla birlikte, kimyasal inertlik derecesi ile mekanik özellikler arasında bir denge vardır; biri diğerinin pahasına iyileştirilebilir; örneğin PTFE, kimyasal olarak en inert olanıdır ancak daha düşük mekanik özelliklere sahiptir.

Dikkat edilmesi gereken birkaç nokta daha var. Florokarbon malzemeler çok düşük su emme özelliğine sahipken, diğer malzemelerin birçoğu, özellikle de naylonlar, oldukça büyük miktarlarda nemi emer. Belirli malzemelere saldıran belirli kimyasal türleri de vardır: asitler PEEK ve POM'u etkiler; aromatikler ECTFE'yi etkiler; eterler ve esterler ECTFE ve PCTFE'yi etkiler; alkaliler PAI ve POM'u etkiler.

Tablo 3, yumuşak koltuklar olarak kullanılan termoplastik malzemelerin her birinin olağanüstü özelliklerinin bir özetidir.

Termoplastik malzemelerin karşılaştırılması-SGV

Polimer Avantajları Dezavantajları
PTFE Olağanüstü kimyasal direnç Düşük sürtünme Yüksek operasyonel Tmax Düşük sertlik, mukavemet ve sertlik
ETFE İyi sürünme, çekme ve aşınma özellikleri Pahalı Saldırıya uğrayanlar: esterler, aromatikler
PCTFE PTFE'den Daha Serttir Çok pahalı Saldırıya uğrayanlar: esterler, eterler ve halojenlenmiş hidrokarbonlar
ECTFE İyi sürünme, çekme ve aşınma özellikleri Pahalı Saldırıya uğrayanlar: esterler, aromatikler
PFA Floroplastiklerin en yüksek Tmax'ı Çok pahalı Düşük sertlik, mukavemet ve sertlik
FEP İyi kimyasal direnç Düşük sertlik, mukavemet ve sertlik
PAM 6, 6/6 ve 6/12 İyi aşınma direnci İyi Mukavemet Yüksek su adsorpsiyonu
PAM 11 ve 12 Daha düşük su adsorpsiyonu 6'lı PAI'ye göre daha düşük mukavemet ve ısı direnci En güçlü dolgusuz plastik İyi aşınma direnci Çok pahalı Alkalilerin saldırısına uğrar
PEEK Yüksek Tmax İyi kimyasal direnç Çok pahalı Asitlerin saldırısına uğrar
PPS Yüksek Tmax İyi kimyasal direnç
PES Yüksek Tmax Yüksek su adsorpsiyonu
POM Sağlam ve sert Aşınma, sürünme ve kimyasallara karşı iyi direnç Asit ve alkalilere karşı dayanıklıdır
UHMWPE İyi aşınma ve kimyasal direnç Düşük Tma