Hoe Werkt een Vlinderklep

vlinderklep

Figuur 1: Vlinderklepafsluiter

Vlinderkleppen zijn kwartslagkleppen die populair zijn voor aan-uit of modulerende werking. Ze zijn licht van gewicht, nemen weinig ruimte in beslag, zijn goedkoop, werken snel en zijn verkrijgbaar met grote doorlaatopeningen. De "vlinder" is een schijf die verbonden is met een spindel. Wanneer de klep opengaat, draait de schijf om vloeistof door te laten. Hij sluit wanneer de spindel de schijf een kwartslag draait in een positie loodrecht op de stroomrichting. Leer meer over hoe vlinderkleppen werken en wanneer ze voor verschillende toepassingen moeten worden gebruikt.

Inhoudsopgave

Werking van vlinderkleppen

Vlinderkleppen hebben een betrekkelijk eenvoudige constructie. De hoofdcomponenten van een vlinderklep zijn de behuizing, de afdichting, de schijf en de spindel (Figuur 2). De schijf (figuur 2 met opschrift E) van een vlinderklep is uitgelijnd met het midden van de aangesloten pijpleiding en een spindel (figuur 2 met opschrift B) is verbonden met een actuator of handgreep aan de buitenzijde van de klep. In de gesloten stand staat de schijf loodrecht op de stroom, zoals afgebeeld in figuur 2, en sluit hij af tegen de klepzitting (figuur 2, gemarkeerd met D). Een o-ring (Figuur 2 met C) in de spindelpakking dicht af tegen lekkage langs de spindel. Wanneer de actuator of hendel de vlinderklepsteel 90° draait, draait de schijf ook 90° om evenwijdig te worden aan de stroming. Gedeeltelijke rotatie maakt het mogelijk de stroom te smoren of proportioneel te regelen.

Onderdelen van een vlinderklep: schijf (A), spindel (B), handvat (C), afdichting (D), O-ring (E), behuizing (F)

Figuur 2: De delen van een vlinderklep: Het handvat (of handwiel) (A), spindel (B), spindel o-ring (C), afdichting (D), schijf (E), klepbehuizing (F)

Vlinderkleppen die worden gebruikt om stromen te reguleren, kunnen een lineaire of een gelijk percentage karakteristiek hebben.

  • Lineair: als de stroomsnelheid lineair is in verhouding tot de hoeveelheid die de schijf aflegt, betekent dit dat bij X% van de opening van de schijf de stroomsnelheid dezelfde X% van de maximale stroomsnelheid is. Voorbeeld is dat als de schijf 1/3 van een draai (30 graden) wordt geopend, de stroomsnelheid 33,3% van het maximum is.
  • Gelijk: Als een vlinderklep een gelijk percentage karakteristiek heeft, betekent dit dat gelijke verhogingen van de klepbeweging, gelijke procentuele veranderingen in de stroomsnelheid bewerkstelligen. Als bijvoorbeeld een opening van 30 tot 40 graden wordt bereikt, verhoogt het debiet van 100 tot 170 m3 / h (met 70%), dan zal een verplaatsing van 40 naar 50 graden het debiet van 170 naar 289 m3 / h (met 70%) verhogen. Voor geavanceerde vlinderkleppen is deze verhouding mogelijk van 20 tot 90 graden (volledig open).

Het symbool voor een vlinderklep is hieronder afgebeeld:

Vlinderklep symbool

Figuur 3: Vlinderklep symbool

Soorten vlinderkleppen

 

Vlinderkleppen kunnen verschillende ontwerpen hebben, die elk specifieke toepassingen en drukbereiken dienen. Vlinderkleppen kunnen worden gecategoriseerd op basis van het ontwerp van de schijfafsluiting, het verbindingsontwerp en de bedieningsmethode.

Schijfafsluiting ontwerp

Vlinderkleppen kunnen concentrisch of excentrisch zijn, afhankelijk van de locatie van de spindel ten opzichte van de schijf en de hoek van de zitting waarop de schijf wordt gesloten.

Concentrisch

Het meest basale type vlinderklepontwerp is een centrische of concentrische vlinderklep. Dit betekent dat de spindel door de middellijn van de schijf gaat, die zich in het midden van de leidingboring bevindt en de zitting de binnendiameteromtrek van de behuizing is (afbeelding 4 links). Dit klep ontwerp met nulpuntverschuiving wordt ook wel een klep met flexibele zitting genoemd, omdat het afhankelijk is van de flexibiliteit van het rubber van de zitting om de stroom efficiënt af te dichten wanneer deze is gesloten. Bij dit type klep komt de schijf voor het eerst in aanraking met de zitting op ongeveer 85° tijdens een draaiing van 90°. Concentrische vlinderkleppen worden vaak gebruikt voor lage drukken.

Een concentrisch vlinderklep (links) en een excentrische vlinderklep (rechts).

Figuur 4: Een concentrisch vlinderklep (links) en een excentrische vlinderklep (rechts) vlinderklep zonder offset met een hendel (links) en een excentrische vlinderklep met een handwiel (rechts).

Excentriek

Bij een excentrische vlinderklep gaat de spindel niet door de middellijn van de schijf, maar erachter (tegenovergesteld aan de stroomrichting), zoals te zien is in figuur 4 aan de rechterkant. Wanneer de spindel zich direct achter de middellijn van de schijf bevindt, wordt de klep enkel-offset genoemd. Dit ontwerp is ontwikkeld om het schijfcontact met de afdichting te verminderen voordat de klep volledig wordt gesloten. Minder contact verbetert de levensduur van de klep.

In een dubbel-offset of dubbel excentrische vlinderklep bevindt de spindel zich achter de schijf met een extra offset naar één kant (figuur 5). Deze dubbele excentriciteit van de spindel maakt het mogelijk dat de roterende schijf slechts ongeveer één tot drie graden over de zitting wrijft.

Een drievoudige offset vlinderklep (Engelse afkortingen: TOV of TOBV) wordt vaak gebruikt in kritische toepassingen en het ontwerp lijkt op dat van een dubbele offset vlinderklep. De derde offset is de contactas van de schijfzitting. Het oppervlak van de zitting heeft een conische vorm die gelijk is aan de vorm bij de rand van de schijf. Dit resulteert in minimaal contact totdat de klep volledig sluit. Een drievoudige offset vlinderklep is efficiënter en zorgt voor minder slijtage. Drievoudige offset-kleppen zijn vaak gemaakt van metalen zittingen om een bubbeldichte afsluiting te creëren. Dankzij de metalen zittingen kunnen vlinderkleppen worden gebruikt in hogere temperaturen.

Hoogwaardige vlinderklepontwerpen gebruiken de druk in de pijpleiding om de interferentie tussen de zitting en de schijfrand te vergroten. Deze vlinderkleppen hebben hogere drukwaarden en zijn minder slijtgevoelig.

Bovenaanzicht schema van een excentrische vlinderklep

Figuur 5: Bovenaanzicht schema van een excentrische vlinderklep

Verbindingsontwerp

Vlinderkleppen kunnen op verschillende manieren op een leidingsysteem worden aangesloten. Vlinderkleppen kunnen op verschillende manieren op een leidingsysteem worden aangesloten. De meest gebruikelijke methoden zijn wafer-stijl of lug-stijl.

Vlinderklep verbindingsontwerpen: Wafer-stijl (links), flensverbinding (midden), lug-stijl (rechts)

Figuur 6: Vlinderklep verbindingsontwerpen: Wafer-stijl (links), flensverbinding (midden), lug-stijl (rechts)

Wafer-stijl

Een wafer-stijl klep is de meest economische versie en is ingeklemd tussen twee buisflenzen. Deze klep kan al dan niet zijn voorzien van flensgaten buiten de behuizing. Dit type aansluiting is ontworpen voor afdichting tegen bidirectionele drukverschillen en om terugstroming te voorkomen in systemen die zijn ontworpen voor stroming in één richting. Sommige versies van deze klep hebben flensgaten buiten de klepbehuizing (figuur 6, links). Pakkingen, O-ringen en vlakke klepvlakken aan beide zijden van de klep zorgen samen voor een efficiënte afdichting.

Lug-stijl

Deze vlinderklep heeft schroefdraadinzetstukken (lugs) buiten de behuizing (figuur 6, rechts). Twee sets bouten verbinden buisflenzen zonder moeren met elke zijde van de boutinzetstukken. Dit ontwerp maakt de ontkoppeling van de ene kant mogelijk zonder de andere te beïnvloeden. Vlinderkleppen met een lug-stijl verbinding worden over het algemeen gebruikt voor toepassingen met lagere drukken. Deze vlinderkleppen dragen, in tegenstelling tot de wafer-stijl, het gewicht van de leidingen door de behuizing.

Bedieningsmethode

Vlinderkleppen kunnen handmatig worden bediend door handgrepen en tandwielen of automatisch door elektrische, pneumatische of hydraulische actuators. Met deze apparaten kan de schijf nauwkeurig worden geroteerd, van volledig geopend tot volledig gesloten. Een korte beschrijving van de bedieningsmethodes wordt hieronder getoond.

Handbediende vlinderklep

Handbediende vlinderkleppen zijn goedkoop en eenvoudig te bedienen. De twee gebruikelijke methoden worden hieronder besproken:

  • Hendel: Gebruikelijk voor kleine vlinderkleppen. Kan worden vergrendeld in de open, gedeeltelijk open of gesloten positie. Een voorbeeld is te zien in figuur 4 aan de linkerkant. Vlinderkleppen met verlengde spindel hebben lange stelen waardoor de klep op afstand kan worden bediend wanneer deze zich ondergronds of in putten bevindt.
  • Tandwiel: Deze zijn ontworpen voor iets grotere vlinderkleppen en maken gebruik van een tandwieloverbrenging om het koppel te verhogen ten koste van de snelheid van openen/sluiten. Tandwielbediende kleppen zijn ook zelf remmend (kan niet andersom bediend worden) en kunnen worden uitgerust met positie-indicatoren. Een voorbeeld is te zien in figuur 4 aan de rechterkant.
Handmatig bediende vlinderkleppen

Figuur 7: Handmatig bediende vlinderkleppen

Automatische bediening

Automatische bediening is een betrouwbare methode om kleppen vanaf een externe locatie te bedienen. De actuatoren maken ook een snelle werking van grotere kleppen mogelijk. Actuatoren kunnen worden ontworpen om fail-open te staan (open blijven in geval van uitval van de actuator) fail-close (gesloten blijven in het geval van uitval van de actuator) en worden vaak uitgerust met een handmatige bediening te gebruiken in situaties dat de actuator defect gaat (zoals te zien in figuur 7). Er zijn drie soorten automatische actuators:

  • Elektrisch: Gebruikt een elektromotor om de spindel te draaien. Meer informatie over elektrische actuators.
  • Pneumatisch: vereist perslucht om een zuiger of diafragma te bewegen om de klep te openen / sluiten. Meer informatie over pneumatische actuators.
  • Hydraulisch: Vereist een hydraulische druk om een zuiger of diafragma te verplaatsen om de klep te openen / sluiten.

ISO-normen voor bediende vlinderkleppen

 
  • ISO 5211: ISO 5211 is een internationale norm die de eisen specificeert voor de bevestiging van part-turn actuators (met of zonder tandwielkast) aan industriële kleppen. ISO 5211 specificeert de flensafmetingen en de afmetingen van componenten van aandrijvingen die nodig zijn om deze aan de aangedreven componenten te bevestigen, alsmede de referentiewaarden voor draaimomenten voor interfaces en koppelingen. Voor meer informatie over ISO 5211, zie onsISO 5211 artikel.
  • ISO 5752: De ISO 5752-norm voor vlinderkleppen specificeert de basisreeksen van face-to-face- en center-to-face-afmetingen voor tweeweg metalen vlinderkleppen.
  • ISO 10631: ISO 10631 specificeert de algemene eisen voor ontwerp, materialen (bv. staal, gietijzer, nodulair gietijzer, koperlegering), druk-/temperatuurwaarden, en testen voor vlinderkleppen met metalen huis voor gebruik in pijpsystemen met flenzen of stuiklassen.
  • ISO 16136: ISO 16136 specificeert de eisen voor het ontwerp, de functionele kenmerken en de fabricage van vlinderkleppen van thermoplastische materialen bestemd voor scheidings- en controledoeleinden, hun aansluiting op het leidingsysteem, de materialen van het huis en hun druk- en temperatuurbelasting tussen - 40 °C en + 120 °C, voor een levensduur van 25 jaar, en specificeert tevens de tests daarvan.
Pneumatische vlinderkleppen met een handwiel

Figuur 8: Pneumatische vlinderkleppen met een handwiel

Bedrading vlinderklep

Een vlinderklep die elektrisch wordt bediend, heeft twee bedradingsmogelijkheden:

  • 2-punts bediening actuator: De drie draden in tweepuntsbedieningsactuators zijn voor +, -, en een controledraad. De stuurdraad moet onder stroom staan om de klep te openen en niet onder stroom om de klep te sluiten of omgekeerd. Deze functie is vooral nuttig als de klep zich op afstand bevindt. De klep blijft in de laatste stand staan als er geen stroom naar de hele eenheid gaat.
  • 3-punts bediening De vier draden in driepuntsbedieningsactuators zijn voor +, -, en twee stuurdraden. De twee stuursignalen kunnen het ventiel sluiten of openen, afhankelijk van welk signaal wordt gevoed. 3-punts bediening maakt tussenstops mogelijk (gedeeltelijk open). Beide stuurdraden mogen niet tegelijk worden bediend, anders kan de actuator beschadigd raken.

Toepassingen

Vlinderkleppen worden gebruikt in diverse industrieën en toepassingen, zoals de farmaceutische industrie, de chemische industrie en de olie-industrie, de levensmiddelenindustrie, de watervoorziening, de afvalwaterbehandeling, de brandbeveiliging, de gasvoorziening, de brandstofverwerking en de sanitaire voorzieningen. Vlinderkleppen voor water worden gebruikt als regelkleppen in pijpleidingen om de waterstroom af te sluiten. Deze kleppen zijn verkrijgbaar in enorme afmetingen en zijn geschikt voor de behandeling van slurries en vloeistoffen met relatief grote hoeveelheden vaste stoffen bij lage druk. Vlinderkleppen van RVS worden gebruikt in corrosieve en mariene milieutoepassingen omdat het materiaal zeer duurzaam is en bestand tegen corrosie.

Kogelkraan vs. vlinderklep

Gewoonlijk is een vlinderklep met soortgelijke kenmerken als een kogelkraan goedkoper, gemakkelijker te installeren en neemt de installatie minder ruimte in beslag. Door de schijf in vlinderkleppen zijn ze echter minder goed te reinigen. Kogelkranen zijn voordelig voor hogedruktoepassingen met een kleine diameter, omdat zij beter geschikt zijn voor grotere drukverschillen en een minimale drukval over de klep veroorzaken. Vlinderkleppen hebben een relatief eenvoudig ontwerp met minder bewegende delen en minder pockets/traps voor media. Daarom zijn ze gemakkelijker te repareren en goedkoper te onderhouden. Voor kleine pijpdiameters is een kogelkraan doorgaans beter geschikt voor de torsie en de kosten. De koppel- en kostenvoordelen van vlinderkleppen blijken rond DN 50 en hoger. Lees ons artikel over kogelkranen vs. vlinderkleppen voor een gedetailleerde vergelijking tussen beide afsluitertypes.

Vlinderklep (links) en kogelkraan (rechts)

Figuur 9: Vlinderklep (links) en kogelkraan (rechts)

FAQs

Waar wordt een vlinderklep voor gebruikt?

Vlinderkleppen worden gebruikt voor aan-uit of gemoduleerde vloeistofregeling.

Kun je een vlinderklep voor gas gebruiken?

Ja, vlinderkleppen kunnen worden gebruikt voor vloeistoffen en gassen, maar niet voor vaste stoffen in bulk.

Wat is het voordeel van een vlinderklep?

Vlinderkleppen zijn licht van gewicht en kunnen worden gebruikt voor zowel aan-uit als gemoduleerde vloeistofregeling.


Maandelijkse nieuwsbrief

  • Wie: Voor iedereen met interesse in fluid control technologie!
  • Waarom: Heldere en interessante technische informatie over ons vakgebied in een compact maandelijks overzicht.
  • Wat: Nieuwe producten, technische achtergrondartikelen, video’s, aanbiedingen, branche info, en nog veel meer waarvoor u zich moet aanmelden om het te zien!