Маленькие труженики больших производств

Современное молокоперерабатывающее предприятие — это сплав высоких технологий, помноженный на высокую гигиеничность производства.

Тем не менее даже на самых оснащенных предприятиях в изобилии встречаются клапаны-бабочки. Этот простой по своей конструкции поворотный клапан, который, несмотря на шагающее семимильными шагами техническое развитие производств, будет еще очень продолжительное время востребован на молокоперерабатывающих заводах.

Благодаря лаконичности конструкции, малому количеству деталей и простоте обслуживания, эти клапаны получили широчайшее распространение на пищевых производствах за последние полвека.

Сколько же всего существует типов клапанов-бабочек? Условно все клапаны-бабочки можно разделить на три группы.

1.Половинки корпуса клапана скрепляются друг с другом при помощи накидного хомута. Как правило, клапаны в таком исполнении изготавливаются в соответствии со стандартом 3А. В качестве любопытного дополнения можно добавить, что данный стандарт, помимо соблюдения определенной шероховатости поверхностей, также требует, чтобы сервисный инженер был способен собрать и разобрать клапан одной рукой, стоя на десятиметровой лестнице. Подобный стандарт применяется, например, в фармацевтической промышленности в Дании.

2.Половинки корпуса клапана скрепляются при помощи болтов. Это самое распространенное на сегодняшний день решение.

3.Половинки корпуса клапана скрепляются при помощи болтов, но к конструкции клапана добавлено еще два фланца, которые образуют так называемое межфланцевое исполнение.

На самом деле, существует и четвертая группа клапанов-бабочек — это клапаны с контролем протечки, которые являются на сегодня самым бюджетным противосмесительным решением. Ввиду того, что эта группа клапанов требует отдельного анализа и описания, в рамках этой статьи мы ее разбирать не будем.

Конечно, начинать сравнительный анализ нужно с корпуса клапана, а точнее, с фланцев, которые этот корпус образуют и между которыми зажимается поворотный диск. Существуют две методики изготовления таких фланцев: штамповка и токарная обработка предварительно отлитой заготовки.

В активе первого метода будет, безусловно, цена, так как затраченное на изготовление фланца время будет минимальным, а результат, с учетом последних достижений в высокоточной ковке, — относительно приемлемым.

Токарная обработка требует бóльшего времени на изготовление, но конечный результат будет много выше, чем при штамповке, так как автоматизированная токарная обработка обладает практически безупречной точностью. Здесь стоит упомянуть о наличии в штампованных деталях остаточных внутренних напряжений, образующихся при деформации фланца во время ковки, чего лишены литые, а затем обработанные детали.

Для того чтобы избежать возможных негативных последствий, вызванных отклонениями в размерах фланцев при ковке, производители устанавливают на шток диска клапана-бабочки втулки из фторопласта, которые, по сути, являясь подшипниками скольжения, исключают прямой контакт диска и корпуса клапана-бабочки при незначительной производственной деформации последнего.

Диск клапана-бабочки — это важнейшая деталь клапана, и от того, как он спроектирован и изготовлен, будет зависеть «эксплуатационное счастье» завода. При проектировании дисков определяющими являются дав параметра штока: а) толщина штока, которую можно косвенно оценить по длине стороны квадрата в месте крепления ручки или пневматического привода клапана; б) относительная длина штока (насколько глубоко он находится в корпусе клапана). В данном случае можно сказать, что чем толще шток и чем больше места он занимает в корпусе клапана, тем будет лучше, но во всем необходимо соблюдать разумную достаточность.

Эксплуатационная служба наверняка оценит наличие проточки на торцах (бывает на нижнем или верхнем, а также на обоих торцах сразу) штока клапана, по которой можно определить положение смонтированного в линию клапана при снятой ручке или установленном пневматическом приводе с демонтированной индикацией положения.

При рассмотрении типов и конструкций уплотнений клапана-бабочки уместна шутка, что в данном случае «размер имеет значение». Чем шире уплотнение, тем равномернее по его поверхности распределяются напряжения, вызванные температурным расширением, а значит, оно меньше изнашивается при срабатывании клапана. Меньше износ — больше срок эксплуатации. Также, как правило, более широкие уплотнения диска клапана лучше закреплены в его корпусе, что дает пользователю дополнительную уверенность, что при резком перепаде давления в линии уплотнение останется на своем месте, и клапан продолжит свою безотказную работу.

Вне зависимости от ширины установленного в клапане уплотнения для его замены на смонтированном в трубопроводе клапане требуется организовать зазор, размер которого должен быть не менее 25 мм. Для этого, как правило, необходимо или частично разбирать линию, или разжимать в разные стороны трубопровод, или выгибать трубу. Для того чтобы исключить выполнение всех этих операций, на линиях монтируются клапаны-бабочки в межфланцевом исполнении, так как для замены уплотнения клапана из линии демонтируется только его внутренняя часть, из которой потом легко достается уплотнение.

Различные варианты исполнения ручек для клапанов-бабочек могут удивить своим разнообразием форм и цветов. Все ручки можно разделить на три группы по числу положений, в которых они фиксируются:

1.четырехступенчатая — ручка фиксируется в четырех положениях, с шагом 90° (иногда встречается двухступенчатая разновидность этой модификации);

2.многоступенчатая — фиксатор ручки имеет зубчатую структуру, которая фиксирует положение ручки через равные малые углы;

3.бесступенчатая — ручка может фиксироваться в произвольном положении.

Ручка может быть изготовлена как из пластика, так и из нержавеющей стали. Эксплуатационная надежность пластиковой ручки мало чем уступает ручкам из нержавеющей стали, при этом существенно переигрывая их в цене. Кроме того, пластиковые ручки можно заказывать в различных цветовых решениях, которые помогут улучшить эстетику производства, а иногда еще увеличить его технологическую безопасность. При выборе материала, из которого должна быть изготовлена ручка, необходимо оценить условия, в которых данный клапан-бабочка будет использоваться. Стоит добавить, что заменить пластиковую ручку нержавеющей можно без каких-либо проблем.

К сожалению, характеристики пропускания клапана-бабочки не оставляют никаких надежд на точность регулирования потока жидкости, поэтому при прочих равных условиях нет смысла доплачивать за иллюзорную возможность регулировки потока.

К начальной ступени автоматизации клапанов-бабочек относится оснащение ручных клапанов датчиками обратной связи. Разные производители решают эту задачу по-разному, но принцип неизменен: на ручке клапана монтируется один или два контакта в виде небольших металлических шипов, а на корпус клапана — кронштейн, куда устанавливаются датчики положения.

При выборе и дальнейшей эксплуатации клапанов-бабочек с пневматическими приводами необходимо обращать внимание на несколько моментов. На современных производствах крайне важно наличие на клапанах средств визуального контроля за текущим положением. Проточка на торце штока клапана — это прекрасный способ визуального определения его текущего положения, но размеры этой проточки делают данную методику достаточно хлопотной. Для упрощения визуального контроля на пневматические приводы устанавливают так называемые флажки индикации. Как правило, эти же флажки индикации используются и при монтаже на клапан датчиков обратной связи.

При выборе клапана-бабочки необходимо определить, какие материалы будут использованы при его изготовлении. Клапаны-бабочки для пищевой промышленности изготавливаются из нержавеющей стали двух марок: кислотоупорной нержавеющей стали, которая имеет маркировку AISI 316L или 1.4404 (из этой стали изготавливают все контактирующие с продуктом детали), и некислотоупорной нержавеющей стали, которая маркируется как AISI 304L или 1.4301. Если область применения клапана-бабочки не подразумевает контакта с кислотами высокой концентрации, то, как правило, можно обойтись использованием некислотоупорной стали, которая делает клапан дешевле более чем на 15 %, что дает существенную экономию.

Выбор материала уплотнения диска клапана может быть сделан с использованием таблиц резистивности материалов, которые есть у каждого производителя клапанов. Как правило, производители клапанной техники предлагают уплотнения диска клапана из EPDM, NBR или HNBR, силикона и витона. В качестве уплотнений фланцев для клапанов-бабочек в межфланцевом исполнении выбирается тот же материал уплотнений, что и для уплотнения диска клапана. В этом правиле есть одно исключение — межфланцевые клапаны-бабочки производства компании «Кизельманн», которая устанавливает уплотнения фланцев из запатентованного материала к-флекс, обладающего стойкостью ко всем использующимся в пищевой промышленности средам и по своим резистивным характеристикам превосходящего любой из «стандартных» материалов уплотнений.

Существует несколько вариантов конфигурации управления клапаном: отдельно стоящий соленоидный клапан или пневматический остров, воздух от которых приводит в действие пневматический привод клапана. На установленные на клапане один или два датчика положения, сигналы от которых поступают в систему управления или на пневматический привод, устанавливается управляющая головка, в которой уже есть соленоидные клапаны и датчики положения. Крышка управляющей головки может быть из пластика, а также некоторые производители могут поставлять крышки для нее из нержавеющей стали. Отдельно стоит упомянуть про индикацию положения клапана-бабочки, оснащенного управляющей головкой. Как правило, положение клапана отображается на самой управляющей головке одним или двумя светодиодами и лишь некоторые компании, например «Кизельманн», могут оснастить свои управляющие головки светодиодными кольцами индикации, что делает текущее положение клапана хорошо различимым с достаточного расстояния.

Все вышеперечисленное может быть легко дополнено эксплуатационным опытом, чтобы еще раз подтвердить простую истину: на современном производстве нет места для мелочей.