Wat is een bolklep
Figuur 1: Een pneumatische bolklep
Een bolklep is een type klep dat wordt gebruikt om de stroom in een pijpleiding te starten, stoppen en/of te regelen. De klep heeft een beweegbaar schijfachtig element en een stationaire ringzitting binnen het kleplichaam en is effectief in het smoren van de stroom en het mogelijk maken van nauwkeurige controle. De naam bolklep komt van zijn bolvormige lichaam. Dit artikel onderzoekt het werkingsmechanisme, de kenmerken en de gebruikelijke toepassingen van bolkleppen.
Inhoudsopgave
- Onderdelen en werkingsprincipe van de bolklep
- Voordelen van de bolklep
- Nadelen van de bolklep
- Toepassingen van de bolklep
- Ontwerpvariaties van de bolklep
- Stroomkenmerken van de bolklep
- Hoe bolkleppen zich verhouden tot andere kleptypes
- Veelgestelde vragen
Bekijk ons online assortiment bolkleppen!
Onderdelen en werkingsprincipe van de bolklep
Een bolklep heeft twee aparte kamers voor stroomregeling. Het actuatieproces omvat het draaien van een spindel via een handwiel of mechanische actuator, die op zijn beurt de plug of schijf optilt of laat zakken. Het werkingsprincipe van de bolklep wordt hieronder in detail uitgelegd:
- Beweging van de schijf: Het kernmechanisme van een bolklep omvat de beweging van een schijf (of plug) (Figuur 2 gemarkeerd met C) in relatie tot de stationaire ringzitting. De schijf is verbonden met een spindel (Figuur 2 gemarkeerd met A) die op zijn beurt wordt bediend door een externe actuator (handmatig, met een handwiel, of automatisch, met pneumatische, hydraulische of elektrische actuators). Wanneer het handwiel of de actuator wordt gedraaid, beweegt het de spindel en de bevestigde schijf in een lineaire beweging naar of weg van de zitting.
- Stroomregeling: In de open positie stroomt de vloeistof door de ruimte tussen de schijf en de zitting. Naarmate de klep sluit, beweegt de schijf naar de zitting toe, waardoor het stroomgebied geleidelijk wordt verkleind en de stroom wordt beperkt. Wanneer de schijf volledig contact maakt met de zitting, wordt de stroom volledig gestopt. Deze nauwkeurige controle over de schijfpositie zorgt voor uitstekende smooreigenschappen, waardoor de bolklep ideaal is voor stroomregeling.
- Afsluitmechanisme: De zitting is meestal ontworpen om de vorm van de schijf te evenaren voor een betere afdichting. In sommige ontwerpen kan de schijf bestaan uit of bekleed zijn met een zachter materiaal om een strakkere afdichting te garanderen.
Figuur 2: Diagram van een bolklep dat de verschillende onderdelen van de bolklep toont: Een bolklep in de open positie (links), en in de gesloten positie (rechts) met spindel (A), kap (B), schijf of plug (C), en kleplichaam (D).
Voordelen van de bolklep
- Uitzonderlijke smooreigenschappen en modulatie: Bolkleppen zijn ideaal voor nauwkeurige stroomregeling, waardoor fijne aanpassingen aan de stroomsterkte mogelijk zijn, wat cruciaal is in systemen die regelmatige modulatie vereisen.
- Betrouwbare afsluitmogelijkheid: Ze zorgen voor een strakke afdichting wanneer ze gesloten zijn, wat essentieel is voor het stoppen van de stroom tijdens onderhoud of noodsituaties.
- Efficiëntie in onderhoud en reparatie: Ontworpen voor eenvoudig onderhoud, zijn hun onderdelen gemakkelijk toegankelijk, wat de stilstandtijd en kosten vermindert.
- Veelzijdigheid in onderhoud: De schijf en zitting kunnen worden vervangen of opnieuw worden bewerkt, waardoor de levensduur van de klep wordt verlengd en een efficiënte werking wordt gegarandeerd.
Nadelen van bolkleppen
- Aanzienlijk drukverlies: Een belangrijk nadeel van bolkleppen is de drukval door het pad van de vloeistof door de klep, wat kan worden verminderd door Y-vormige of hoekbolkleppen te gebruiken voor minder turbulentie en drukverlies. Het drukverlies moet in overweging worden genomen bij het ontwerpen van de stromingsparameters van bolkleppen.
- Verhoogde bedieningskracht: Meer kracht is nodig om bolkleppen te bedienen, vooral in hogedrukomgevingen, wat vaak geautomatiseerde actuatoren vereist.
- Langzamere werking: Hun ontwerp is niet geschikt voor situaties die een snelle opening of sluiting vereisen vanwege de meeromslagbediening.
- Gevoeligheid voor cavitatie en flitsen: Hoge drukverschillen kunnen cavitatie en flitsen veroorzaken, wat de klep kan beschadigen.
- Kosten: Het complexe ontwerp en productieproces maken bolkleppen duurder in vergelijking met andere kleptypes.
Toepassingen van bolkleppen
Bolkleppen zijn de optimale keuze voor toepassingen die nauwkeurige stromingsmodulatie vereisen, waar drukverlies geen kritieke zorg is, waaronder scenario's zoals:
- Koelwatersystemen
- Brandstofoliesystemen
- Voedingswater- en chemische toevoersystemen
- Ketel- en hoofdstoomventielen en -afvoeren
- Smeeroliesystemen voor turbines
- Afvoer- en trimtoepassingen in sprinklersystemen (niet als regelkleppen in brandblussystemen, waar druk van groot belang is)
Lees ons artikel over toepassingen van bolkleppen voor meer informatie over de industriële toepassingen van bolkleppen.
Ontwerpvariaties van bolkleppen
Stroompadontwerp
Bolkleppen hebben meerdere ontwerpen op basis van hun stroompad:
- T- of Z-bolklep (Figuur 3 links): Dit is het meest voorkomende ontwerp voor bolkleppen, gekenmerkt door een behuizing die de stroom dwingt om twee keer van richting te veranderen, waardoor een pad ontstaat dat lijkt op de letter "Z". Dit ontwerp is effectief voor het regelen omdat de zitting- en schijfconfiguratie nauwkeurige controle over de stroom mogelijk maakt. Dit ontwerp resulteert echter ook in een hogere drukval over de klep met een typische L/D-coëfficiënt van ~340.
- Hoekbolklep (Figuur 3 midden): Zoals de naam al doet vermoeden, hebben hoekbolkleppen een behuizing die zo is ontworpen dat de inlaat- en uitlaatpoorten een hoek van 90 graden vormen, wat lijkt op een elleboog. Dit ontwerp zorgt ervoor dat de vloeistof slechts één keer van richting verandert, waardoor de drukval wordt verminderd in vergelijking met het T- of Z-vormige ontwerp. 90 graden bolkleppen zijn nuttig in toepassingen waar de pijpconfiguratie een richtingsverandering vereist, waarbij de functies van een klep en een elleboog worden gecombineerd. Deze bolkleppen hebben een typische L/D-coëfficiënt van ~55.
- Y-bolklep (Figuur 3 rechts): De Y-bolklep is een variatie van de standaard bolklep die is ontworpen om de drukval te minimaliseren. In dit ontwerp zijn de klepbehuizing en de zitting zo georiënteerd dat ze een directer stroompad bieden (minder kronkelig dan het Z-vormige pad) terwijl ze toch goede regelmogelijkheden bieden. De "Y"-vorm vermindert de ernst van de stroomrichtingsverandering, wat resulteert in een lager drukverlies in vergelijking met de traditionele T- of Z-vormige bolkleppen. Deze bolkleppen hebben een typische L/D-coëfficiënt van ~150.
Bovendien hebben dubbelzittende bolkleppen twee pluggen en bijbehorende zittingen, wat hun vermogen om hogere stroomsnelheden aan te kunnen vergroot en een gebalanceerd ontwerp biedt dat de kracht die nodig is om de klep te bedienen minimaliseert, waardoor ze een efficiënte keuze zijn voor toepassingen die nauwkeurige stromingsregeling met minimale bedieningskracht vereisen.
Figuur 3: T- of Z-bolklep (links), hoekbolklep (midden), Y-bolklep (rechts)
Plugontwerp
Bolkleppen kunnen een van de volgende plugontwerpen hebben:
- Plug disc: Het plugschijfontwerp wordt gekenmerkt door zijn solide, taps toelopende vorm, die nauw aansluit op de klepzitting om de stroom te regelen of te blokkeren. Dit type staat bekend om zijn duurzaamheid en effectiviteit in het bieden van een strakke afdichting, waardoor het geschikt is voor toepassingen die nauwkeurige stroomregeling vereisen.
- Composition disc: Met een schijf met een vervangbare inzet, meestal gemaakt van een zachter materiaal zoals rubber of PTFE, is de compositionschijf ontworpen om een strakke afdichting te garanderen, zelfs in de aanwezigheid van deeltjes in de vloeistof. Dit type is ideaal voor toepassingen waarbij afdichting tegen onzuiverheden cruciaal is.
- Ball disc: Zoals de naam al doet vermoeden, bevat dit schijftype een bolvormige bal die op één lijn ligt met de zitting om de stroom te regelen. De balschijf biedt soepele werking en is bijzonder effectief in toepassingen die snelle afsluitmogelijkheden vereisen. Het ontwerp maakt eenvoudig onderhoud mogelijk en is geschikt voor matige regeltoepassingen.
Figuur 4: Globe klep schijftypes: Plugschijf (links), compositionschijf (midden), en balschijf (rechts)
Globe klep stroomkarakteristieken
Globe kleppen vertonen onderscheidende stroomkarakteristieken die cruciaal zijn bij hun selectie en toepassing in vloeistofregelsystemen. Deze karakteristieken worden voornamelijk bepaald door de inherente stroomcoëfficiënt (Cv) van de klep, de stroomcurve en de relatie tussen de klepheffing en het debiet onder verschillende drukomstandigheden.
Inherente stroomcoëfficiënt (Cv)
De Cv-waarde van de globe klep vertegenwoordigt de stroomcapaciteit van de klep, wat aangeeft hoeveel volume vloeistof kan passeren met een drukval van één psi. De stroomcoëfficiënt van de globe klep is doorgaans laag vanwege het ontwerp, dat prioriteit geeft aan nauwkeurige stroomregeling boven hoge stroomcapaciteit.
Stroomcurves: lineair vs gelijke percentage
- Lineaire stroomcurve: Biedt een directe verhouding tussen klepheffing en debiet, geschikt voor toepassingen met constante drukval.
- Gelijke percentage stroomcurve: Biedt een exponentiële relatie tussen klepheffing en debiet, ideaal voor variërende drukvalomstandigheden, wat de regelprecisie verbetert.
Een juiste maatvoering is cruciaal om de stroomkarakteristieken van de klep af te stemmen op de vereisten van de toepassing, wat een efficiënte werking garandeert. De keuze tussen lineair en gelijke percentage hangt af van de drukdynamiek en regelbehoeften van het systeem.
Figuur 5: Globe klep P&ID symbool
Hoe globe kleppen zich verhouden tot andere kleptypes
Andere multi-turn/lineaire beweging kleppen en kwartslag/roterende kleppen zijn veelvoorkomende klepclassificaties die vergelijkbaar zijn met een globe klep. Hun doel en functie bepalen hoe ze in verschillende toepassingen worden gebruikt.
Multi-turn/lineaire beweging kleppen
Industriële globe kleppen zijn multi-turn kleppen. Een schuifklep gebruikt ook een multi-turn handwiel om de klepdop in een lineaire richting te bewegen, maar een schuifklep heeft een recht-door-stroom. De klepsteel van een schuifklep laat een plug of obstructie zakken die het stroompad blokkeert of stroom toelaat zonder dat het medium van richting hoeft te veranderen. Daardoor hebben schuifkleppen een veel lagere drukval (L/D=~8) wanneer ze volledig open zijn, maar ze mogen niet worden gebruikt om de stroom te regelen vanwege een drastische toename in drukval en verhoogde slijtage aan de schuifklep en zitting. Lees ons globe klep vs schuifklep artikel voor meer details.
Kwartslag/roterende kleppen
Een roterende klep gebruikt een moersleutel, die slechts een kwartslag (90 graden) beweegt om de klep te openen of te sluiten. De afsluitklep op een gasleiding is een veelvoorkomend voorbeeld van dit type klep, ontworpen voor een snelle aan/uit functie. Twee veelvoorkomende types kwartslag/roterende kleppen zijn kogelkleppen en vlinderkleppen.
- Kogelkleppen gebruiken een bol, of kogel, met een gat erin geboord, waardoor stroom mogelijk is wanneer het gat parallel is aan de stroomrichting en het blokkeert wanneer het in een loodrechte positie staat.
- Een vlinderklep gebruikt een dunne plaat om de stroom te blokkeren wanneer het oppervlak loodrecht staat op de stroomrichting of stroom toelaat wanneer het parallel is.
Kwartslag/roterende kleppen hebben een zeer lage drukval (L/D=~3) maar hebben beperkte smoorkapaciteit. Lees ons globe klep vs kogelklep artikel voor meer details.
Veelgestelde vragen
Hoe kies je tussen 2-weg en 3-weg globe kleppen?
Gebruik 2-weg globe kleppen voor aan/uit of smoorkapaciteit in een enkel stroompad. Gebruik 3-weg kleppen voor het mengen of afleiden van stroom tussen twee verschillende paden.
Hoe kunnen hogedruk globe kleppen hoge drukken weerstaan?
Hogedruk globe kleppen zijn ontworpen met robuuste materialen en dikkere wanden, en hebben vaak een versterkt sluitmechanisme.
Wat is het doel van een positiemelder op een globe klep?
Een positiemelder toont visueel de open of gesloten status van de klep, wat helpt bij handmatige controles en systeemmonitoring.
Wat zijn de voordelen van het gebruik van een elektrische globe klep vergeleken met een handmatige?
Elektrische globe kleppen bieden afstandsbediening en automatisering, waardoor nauwkeurige stroomregeling en eenvoudigere integratie in regelsystemen mogelijk is vergeleken met handmatige kleppen.
