Hoe werkt een vrijstroomafsluiter
Figuur 1: Pneumatische vrijstroomafsluiters
Het belangrijkste kenmerk van een vrijstroomafsluiter is de schuine zitting, die de stroomonderbreking en het drukverlies minimaliseert. Bovendien is dit type afsluiter duurzaam en heeft het een lange levensduur. Het presteert uitstekend in zware omgevingen en kan hoge temperaturen en viscositeiten aan.
Inhoudsopgave
- Vrijstroomafsluiters versus andere types afsluiters
- Bouwvorm van de vrijstroomafsluiter
- Vergelijking tussen pneumatische, elektrische en handmatige vrijstroomafsluiters
- Toepassingen
- Selectiecriteria
- Veelgestelde vragen
Figuur 2: Een vrijstroomafsluiter of Y-type klepafsluiter (links) en een klepafsluiter of Z-type klepafsluiter (rechts).
Handmatige vrijstroomafsluiter
Een handmatige vrijstroomafsluiter wordt bediend door het handwiel te draaien (Figuur 3, aangeduid met A). Dit is een meerdraaiende afsluiter, wat betekent dat het handwiel 360° of meer moet worden gedraaid om de afsluiter volledig te openen of te sluiten. Een handmatige vrijstroomafsluiter heeft geen veerretour omdat alle beweging door het handwiel wordt gecontroleerd.
Pneumatische vrijstroomafsluiter
Actuatoren voor pneumatische vrijstroomafsluiters hebben een veer (Figuur 4, aangeduid met A) en een zuiger (Figuur 4, aangeduid met B). Lucht komt binnen via de luchtpoort (Figuur 4, aangeduid met C) en duwt de zuiger omhoog of omlaag, afhankelijk van of de afsluiter normaal open of normaal gesloten is.
De zuigerbeweging tilt de klep van de klepzitting of duwt de klep naar de klepzitting. Wanneer de luchtdruk wordt onderbroken, brengt de veer de zuiger en de klep terug naar hun standaardposities.
3/2-weg pneumatische magneetventielen worden vaak gebruikt om de luchtstroom naar en van een veerbelaste pneumatische actuator te regelen. 5/2-weg pneumatische magneetventielen kunnen de luchtstroom naar en van dubbelwerkende pneumatische actuatoren regelen.
Figuur 4: Doorsnede van een pneumatische vrijstroomafsluiter: veerretour (A), zuiger (B), luchtpoort (C), pakking (D), en plug/klep (E).
Elektrische vrijstroomafsluiters
Een elektrische actuator voor een vrijstroomafsluiter maakt integratie in bredere procesbesturingssystemen mogelijk. Deze functionaliteit biedt nauwkeurige positieregeling, waardoor fijnafstelling van de stroomregeling mogelijk is. Een geïntegreerde positiesensor zorgt voor hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid door continue feedback te geven over de exacte locatie van de klep. Het systeem biedt ook ruimte voor optionele externe sensoren om parameters zoals temperatuur of druk te meten, wat waardevolle gegevens oplevert voor geautomatiseerde aanpassingen en proactieve systeemreacties.
Figuur 5: Functiediagram van de elektrische actuator van een vrijstroomafsluiter. Blauwe elementen zijn optioneel. Procesbesturing (A), positieregeling (B), motor (C), tandwiel (D), positiesensor (E), vrijstroomafsluiter (F), werkelijke positie (G) en externe sensor (H).
Vergelijking van pneumatische, elektrische en handmatige vrijstroomafsluiters
| Factor | Pneumatisch | Elektrisch | Handmatig |
| Beschikbaarheid energiebron | Ideaal voor gebruik bij een betrouwbare persluchtvoorziening. Voorkeur in explosieve omgevingen vanwege afwezigheid van ontstekingsrisico | Beste keuze als elektriciteit direct beschikbaar is en nauwkeurige controle nodig is. Geschikt waar perslucht onpraktisch is. | Optimaal waar zowel elektriciteit als perslucht niet beschikbaar zijn. Ideaal voor directe controle zonder automatisering |
| Besturings- en automatiseringsbehoeften | Geschikt voor geautomatiseerde processen die op afstand bediend moeten worden | Biedt fijnere controle over kleppositionering, ideaal voor integratie in geautomatiseerde besturingssystemen | Het beste voor toepassingen waar handmatige bediening volstaat, vooral voor eenvoudige aan/uit-operaties |
| Omgevingsomstandigheden | Presteert goed in zware omstandigheden (nat, stoffig, explosief) vanwege het ontbreken van elektrische componenten | Geschikt voor schone omgevingen. Houd rekening met IP-classificatie voor stof- en waterbescherming in uitdagende omstandigheden | Geschikt voor een breed scala aan omgevingen. Minder beïnvloed door omstandigheden vanwege onafhankelijkheid van energiebronnen of besturingssystemen |
| Reactietijd en precisie | Snelle reactietijden, geschikt voor behoeften aan snelle bediening. | Biedt nauwkeurige controle, ideaal voor zorgvuldige regulering van debiet of druk. | Afhankelijk van de operator. Geschikt waar timing van klepbediening niet kritisch is. |
| Kosten | Kan extra infrastructuur voor perslucht vereisen, maar is over het algemeen goedkoper dan elektrische afsluiters | Duurder in aanschaf vanwege precisieregelmechanismen, maar kan besparingen opleveren in bedrijfskosten waar perslucht niet beschikbaar is | Meest kosteneffectief qua initiële investering en onderhoud |
| Onderhoud en levensduur | Vereist regelmatig onderhoud van het persluchtvoorzieningssysteem om vervuiling te voorkomen. | Vereist minder onderhoud dan pneumatische systemen | Vereist het minste onderhoud; echter moet de toegankelijkheid voor de operator gewaarborgd zijn |
Toepassingen
Vrijstroomafsluiters worden niet alleen gewaardeerd om hun veelzijdigheid, maar ook om de specifieke voordelen die hun schuine bouwvorm biedt in veeleisende toepassingen. Vergeleken met andere typen afsluiters excelleren ze in situaties waar duurzaamheid, weerstand tegen verstopping en efficiënte stromingsregeling cruciaal zijn.
Voedsel- en drankproductie
- Stoomsterilisatie: In tegenstelling tot standaard klepafsluiters kunnen vrijstroomafsluiters hogedrukstoom verwerken met minimale slijtage, wat zorgt voor betrouwbare sterilisatie van apparatuur.
- Vuloperaties: Hun schuine zitting maakt snel openen en sluiten mogelijk, waardoor ze ideaal zijn voor botteling- en inbliklijnen waar snelheid en nauwkeurigheid essentieel zijn.
Chemische verwerking
- Chemische dosering: Het robuuste ontwerp van vrijstroomafsluiters zorgt voor nauwkeurige stromingsregeling, zelfs met corrosieve of agressieve media die zachter gezeten alternatieven zouden kunnen beschadigen.
- Zware omgevingen: Hun RVS-constructie en schuine zitting verminderen turbulentie en slijtage, waardoor de levensduur in chemische fabrieken wordt verlengd.
Water- en afvalwaterbehandeling
- Slibbeheersing: De schuine zitting minimaliseert verstopping en ophoping, waardoor deze afsluiters zeer geschikt zijn voor slurry- en slibtoepassingen waar andere ontwerpen snel zouden vervuilen.
- Procesbetrouwbaarheid: In filtratie- en doseersystemen verbeteren de snelle respons en weerstand tegen vervuiling de algehele behandelingsefficiëntie.
Farmaceutische productie
- Zuivere stoomsystemen: De schuine zitting zorgt voor een dichte afsluiting en betrouwbare prestaties bij verhoogde temperaturen, wat cruciaal is voor steriele omstandigheden.
- Vloeistof- en gasregeling: Hun precisie en reinigbaarheid maken ze beter geschikt dan kogelkranen in processen waar productintegriteit van het grootste belang is.
Automatisering en HVAC
- Hoge cyclusprestaties: In geautomatiseerde productielijnen worden vrijstroomafsluiters geprefereerd vanwege hun vermogen om miljoenen cycli te verwerken zonder significante slijtage.
- Stoomverwarming: Hun tolerantie voor hoge temperatuur en druk maakt ze betrouwbaarder dan veel alternatieven in HVAC-stoomdistributiesystemen.
Selectiecriteria
- Aandrijving
- Handbediening: Minst dure optie
- Pneumatisch: Duurder dan handbediening maar aanzienlijk goedkoper dan elektrisch (zonder de bron van perslucht mee te rekenen). Meer kans op goedkeuring voor explosieve omgevingen omdat er geen vonkende componenten zijn.
- Elektrisch: De duurste optie maar ook de meest nauwkeurige positieregeling. Optionele componenten maken een complexere integratie in een systeem mogelijk.
- Aansluitgrootte: De aansluitgrootte van de afsluiter moet indien mogelijk overeenkomen met de grootte van het systeem. Dubbele nippels met verschillende draadmaten zijn beschikbaar indien nodig. Deze fitting kan bijvoorbeeld een 1 inch aansluiting aan de ene kant en een 1/2 inch aansluiting aan de andere kant hebben.
- Aansluittype: Aansluittypes variëren van geschroefd (bijv. NPT, BSPP, metrisch) tot gelaste en geklemde verbindingen. Afsluiters met geschroefde aansluitingen zijn eenvoudiger te installeren en te verwijderen uit het systeem, maar gelaste verbindingen zijn lekdichter.
- Materiaal behuizing: Messing en RVS zijn veelvoorkomende materialen voor de behuizing van vrijstroomafsluiters. Messing is goedkoper dan RVS maar ook minder duurzaam. Bovendien is RVS noodzakelijk voor sanitaire toepassingen.
-
Afdichtingsmateriaal: Het afdichtingsmateriaal bepaalt de extremen van de afsluiter omdat de afdichting eerder door extreme omstandigheden wordt beschadigd dan de behuizing van de afsluiter. Veelvoorkomende afdichtingsmaterialen zijn Teflon, EPDM, FKM en NBR. Lees ons artikel over chemische bestendigheid om te leren welke afdichtingsmaterialen geschikt zijn voor uw toepassing.
- Kies EPDM voor drinkwatertoepassingen omdat dit materiaal de smaak van het water niet beïnvloedt.
- Functie
- Pneumatisch: Pneumatische actuatoren kunnen normaal open of normaal gesloten zijn met veerretour naar de standaardpositie. Deze actuatoren kunnen ook dubbelwerkend zijn, wat betekent dat ze geen veer hebben en perslucht de positie in beide richtingen regelt. Dubbelwerkende actuatoren bieden meer precisie-opties dan enkelwerkende actuatoren.
- Elektrisch: Elektrische actuatoren kunnen ook normaal open of normaal gesloten zijn. Ze hebben interne energieopslag, zodat ze bij stroomuitval kunnen terugkeren naar hun standaardpositie. Sommige elektrische actuatoren hebben deze opslag niet en behouden daarom hun positie bij stroomuitval.
- Maximaal drukverschil bij 20 °C/68 °F: Het afdichtingsmateriaal van de vrijstroomafsluiter beïnvloedt het maximale drukverschil. Bijvoorbeeld, Teflon en PEEK afdichtingen zijn geschikt tot 25 bar (362 psi), terwijl NBR, EPDM en FKM geschikt zijn tot 16 bar (232 psi).
- Maximale temperatuur: Het afdichtingsmateriaal bepaalt ook de maximale temperatuur. Teflon en PEEK zijn geschikt voor hogere temperaturen dan NBR, EPDM en FKM.
- Kv: Kv is een maat voor het debiet van water in m3/h bij een drukval van 1 bar. Gebruik de Kv-calculator om de vereiste Kv voor uw toepassing te berekenen. Imperiale eenheden: Cv=1,16xKv.
-
Goedkeuring: Goedkeuringen geven aan voor welke omgevingen een vrijstroomafsluiter geschikt is. Veelvoorkomende goedkeuringen zijn:
- Voedselkwaliteit: De afsluiter is veilig voor gebruik in voedsel- en drankverwerkende omgevingen.
- ATEX-zone: De afsluiter is veilig voor gebruik in potentieel explosieve atmosferen binnen de Europese Unie. Lees onze ATEX FAQ voor meer informatie.
- IECEx: Biedt internationale certificering voor apparatuur gebruikt in explosieve atmosferen, en zorgt voor naleving van wereldwijde veiligheidsnormen.
- DVGW: Certificeert de afsluiter voor gebruik in gas- en watertoepassingen in Duitsland, en garandeert dat deze voldoet aan nationale veiligheids- en kwaliteitsnormen.
- UL-certificering: Geeft aan dat de afsluiter is getest en voldoet aan de veiligheidsnormen van Underwriters Laboratories, algemeen erkend in Noord-Amerika. Lees onze gids over UL-certificering voor elektronische producten voor meer informatie.
- Sluit tegen de stroming in: Een vrijstroomafsluiter kan sluiten in de tegenovergestelde richting van de stroming of in dezelfde richting. Kies een afsluiter die in de tegenovergestelde richting sluit in toepassingen waar waterslag een probleem kan zijn.
Veelgestelde vragen
Wat is een vrijstroomafsluiter?
Een vrijstroomafsluiter gebruikt een 45° zitting om een grotere doorstroming te creëren, waardoor drukverlies en slijtage worden verminderd. Dit is ideaal voor stoom, hoge temperaturen en viskeuze media.
Hoe werkt een pneumatische vrijstroomafsluiter?
Een pneumatische vrijstroomafsluiter werkt door luchtdruk te gebruiken om een zuiger te bewegen, die op zijn beurt de afsluiter opent of sluit voor stromingsregeling.
Wat zijn de voordelen van het gebruik van een vrijstroomafsluiter?
Vrijstroomafsluiters bieden hoge duurzaamheid, superieure debieten en zijn geschikt voor zware omgevingen, waardoor ze efficiënter zijn dan kogelkranen of magneetventielen.
