วาล์วควบคุมกับระบบมาตรวัดปริมาตรของเหลว
(Control Valves in Dynamic Measuring Systems)
ตอนที่ 3
การแบ่งชนิดของวาล์วกลุ่มลิ้นวาล์วเคลื่อนที่แนวเส้นตรง (Linear Motion)
1. Gate Valve ลิ้นวาล์ว หรือ Flow Control Element ของวาล์วชนิดนี้มีหลายชื่อเรียก ตัวอย่างเช่น “gate”, “wedge”, “slide” ดังนั้นในการทำงานของวาล์วเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของลิ้นวาล์วไปขวางทางการไหลของไหลจากด้านข้างและตั้งฉากกับทิศทางการไหลของไหลจนกระทั่งลิ้นวาล์วเคลื่อนที่ปิดข่องทางการไหลในตัวเรือนวาล์วสนิท ทำให้การไหลหยุดลง (ดูรูปที่ 29) โดยลิ้นวาล์วเองก็ต้องรับแรงดันจากของไหลมากระทำต่อมันด้วยเช่นเดียวกับตัวเรือนวาล์ว ประกอบกับช่องทางการไหลของไหลผ่านตัวเรือนวาล์วอยู่ในแนวเดียวกับทิศทางการไหลของไหลทำให้สูญเสียแรงเสียดทานเนื่องจาการไหลของไหลมีค่าน้อย อีกทั้งวาล์วชนิดนี้ส่วนใหญ่มีลักษณะรูปร่างสมมาตรจึงสามารถสลับทิศทางการการใช้งานได้นั้นคือในแต่ละด้านสามารถเป็นได้ทั้งทางเข้าหรือทางออกโดยไม่มีข้อจำกัดหรือกำหนดทิศทางเข้า-ออกที่ชัดเจน ดังนั้นด้วยรูปแบบการทำงานและการควบคุมลิ้นวาล์วดังกล่าวทำให้ Gate Valve ถูกใช้งานเพื่อทำหน้าที่หยุดหรือเริ่มการไหลในระบบท่อ หรือที่เรียกในภาษาปะกิตว่า “Stop Valve” หรือ “Block Valve”
ดูรูปที่ 30 เมื่อเราอ่านชื่อรูปก็จะทราบว่าเป็นชื่อที่บรรยายลักษณะครอบคลุมในรายละเอียดเกือบครบถ้วนกระบวนความที่เกี่ยวกับวาล์ว โดยเริ่มจากให้ข้อมูลแบบข้อต่อทั้ง 2 ด้านของวาล์วว่าเป็นแบบหน้าแปลนด้วยคำว่า “Flanged end”, มีการประกอบตัวเรือน (Body) เข้ากับ Bonnet ด้วย Bolts & Nuts ด้วยคำว่า “Bolted-bonnet”, บ่งบอกถึงการออกแบบก้านวาล์วถูกขับเคลื่อนด้วยสกรูที่ยื่นออกมาภายนอกตัวเรือนวาล์วและถูกประคองหรือยึดด้วย Yoke ที่ติดตั้งเป็นส่วนเดียวกับ Bonnet ด้วยคำว่า “Outside-screw-and-yoke”, สุดท้ายเป็นการบ่งบอกว่าเป็น Gate Valve ซึ่งถูกแบ่งชัดเจนด้วยการทำงานของลิ้นวาล์ว หรือ Flow Control Element ชนิด flex-wedge ด้วยคำว่า “flex-wedge, gate Valve” ก็มันเป็นเช่นนั้นเอง.....
รูปที่ 30 Flanged end, bolted-bonnet, outside-screw-and-yoke, flex-wedge, gate Valve
1.1. Body-Bonnet Joint รูปแบบการประกอบตัวเรือนวาล์ว (Body) เข้ากับ Bonnet ที่เรามักพบเห็นบ่อยมีอยู่ด้วยกัน 5 รูปแบบ ได้แก่
1.1.1. แบบเกลียว (Screwed Joint) ดูรูปที่ 31 เป็นวิธีการออกแบบด้วยการประกอบเชื่อมต่อง่ายที่สุดด้วยการกลึงเกลียวตัวผู้บนปลาย Bonnet ทั้ง 2 ด้าน โดยหมุนเกลียวเข้ากับเกลียวตัวเมียที่อยู่บนปลายด้านหนึ่งที่เป็นตัวเรือนวาล์ว ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งหมุนเกลียวเข้ากับตัวอัดประเก็นเข้ากับก้านวาล์ว การออกแบบการประกอบตัวเรือนเข้ากับ Bonnet ด้วยวิธีการนี้มีค่าใช้จ่ายในการผลิตที่ประหยัด เราจึงพบมากในพวกวาล์วทองเหลืองขนาดเล็กแบบใช้พังแล้วทิ้งบอกลากันไปเลย เช่น วาล์วทองเหลืองระบบท่อน้ำประปา
1.1.2. แบบ Union Joint ดูรูปที่ 32 เป็นรูปแบบการประกอบเข้าด้วยกันระหว่าง Body กับ Bonnet คล้ายกับข้อต่อ Union ของระบบท่อนั้นเอง โดยใช้ Union Nut ล็อกกับ Bonnet ไปขันอัดเข้ากับเกลียวตัวผู้ที่อยู่บนตัวเรือนวาล์ว วิธีการเชื่อมต่อแบบ Union Joint มีข้อดีกว่าแบบเกลียว (Screwed Joint) เพราะหน้าสัมผัสซีลของตัวเรือนวาล์วกับ Bonnet จะไม่เกิดความเสียหายเมื่อกวดอัดเกลียวเชื่อมต่อกันระหว่างตัวเรือนวาล์วกับ Bonnet อีกทั้งสะดวกในการใช้งานที่ต้องการถอดประกอบระหว่างการใช้งานหากต้องการซ่อมแซมวาล์ว แต่มีข้อจำกัดนั้นคือการเชื่อมต่อแบบนี้ใช้กับวาล์วที่มีขนาดเล็กเท่านั้น
1.1.3. แบบ Bolted-Bonnet เป็นการประกอบตัวเรือนวาล์วกับ Bonnet ด้วยหน้าแปลนผิวหน้าสัมผัสกดอัดด้วย Bolts หรือ Studs กับ Nuts โดยมีประเก็นสอดระหว่างหน้าแปลนทั้ง 2 เพื่อป้องกันการรั่วซึมของไหล ดังแสดงในรูปที่ 30 ส่วนรูปแบบการออกแบบประเก็นว่าจะเป็นแบบใดนั้นขึ้นอยู่ชั้นทนแรงดันของวาล์วชนิดนั้นๆ เช่น ชั้นทนความดันต่ำมักใช้ประเก็นแบบแผ่นเรียบ ในขณะที่ชั้นทนความดันปานกลางถึงความดันสูงมักจะใช้ประเก็นชนิด Filled Spiral-Wound Gasket หรือ Metal Ring (ดูรูปที่ 33) ดังนั้นการเชื่อมต่อด้วยวิธีการนี้จึงง่ายและสะดวกต้องการถอดประกอบในการทำความสะอาดหรือซ่อมแซมเพราะเป็นช่องเปิดที่กว้างเข้าถึงภายในตัวเรือนวาล์วได้สะดวกอีกทั้งสามารถใช้ได้กับวาล์วที่มีตัวเรือนและ Bonnet ทำด้วยเหล็กหล่อ (Cast Iron) หรือเหล็กเหนียว (Steel)
รูปที่ 31 Screwed body-bonnet joint, inside screw rising stem (ISRS) design, gate Valve (MSS SP-80-2008)
รูปที่ 32 Union body-bonnet joint, gate Valve
รูปที่ 33 Filled Spiral-Wound Gasket และตัวอย่างการติดตั้งเข้ากับหน้าแปลนในรูปแบบต่างๆ
1.1.4. แบบ Pressure Seal ดูรูปที่ 34 ออกแบบให้แรงดันภายในตัวเรือนวาล์วกับ Bonnet ดันตัว Bonnet ให้อัดเข้ากับตัวเรือนวาล์วที่อยู่เหนือขึ้นมาโดยมี Seal Ring ทำหน้าที่ซีลระหว่างตัวเรือนวาล์วกับ Bonnet ในขณะที่มี Thrust Ring ทำหน้าที่ยัน Seal Ring และมี Spacer Ring ช่วยอีกแรงหนึ่งในการป้องกัน Seal Ring เปลี่ยนรูปทรงอีกทั้งช่วยประคองหรือยัน Studs & Nuts ไม่ให้เสียแนวตรงตั้งฉากไปพร้อมๆกัน การออกแบบที่ซับซ้อนแบบนี้เพื่อนำไปใช้งานกับวาล์วที่ต้องทนแรงดันสูงนั้นเอง
รูปที่ 34 Union Body-Bonnet Joint, Gate Valve
1.1.5. แบบ Weld-bonnet Joint ดูรูปที่ 35 วิธีการประกอบตัวเรือนวาล์วเข้ากับ Bonnet ด้วยการเชื่อมโลหะปิดตายระหว่างชิ้นส่วนทั้ง 2 ไปเลยส่งผลให้ได้วาล์วมีน้ำหนักลดลงเพราะไม่ต้องมีชิ้นส่วนประกอบมากมายเมื่อเทียบกับแบบ Bolted Bonnet หรือ Pressure Seal การเชื่อมต่อด้วยวิธีการนี้จึงถอดออกได้ยากและไม่คุ้มกับการถอดซ่อมแซม ดังนั้นจึงนำมาใช้กับวาล์วที่มีขนาดเล็กทนแรงดันสูง เมื่อชำรุดเสียหายก็ถอดโยนทิ้งไปเลย...
รูปที่ 35 Weld-Bonnet Joint, Gate Valve
1.2. Stem Design การออกแบบก้านวาล์วของ Gate Valve เราพบว่าส่วนใหญ่ที่นิยมกันมี 3 แบบคือ
1.2.1. แบบ Inside Screw Rising Stem (ISRS) ดูรูปที่ 31 เนื่องจากเราขึ้นเกลียววนขวามือบนก้านวาล์วและเกลียววนซ้ายมือบนตัว Bonnet ดังนั้นเมื่อหมุนมือจับวาล์วไปในทิศตามเข็มนาฬิกาตัวลิ้นวาล์วจะเคลื่อนที่ลงไปปิดช่องทางไหลของไหลสังเกตุได้จากความสูงของมือหมุนวาล์วเทียบกับตัวเรือนวาล์วจะลดลง ในทางกลับกันเมื่อเราหมุนมือจับวาล์วไปในทิศทวนเข็มนาฬิกาตัวลิ้นวาล์วจะเคลื่อนที่ขึ้นทำให้เปิดช่องทางไหลของไหล ความสูงของมือหมุนวาล์วเทียบกับตัวเรือนวาล์วจะสูงขึ้น ทำให้เราสามารถตรวจสอบด้วยตาว่าวาล์วอยู่ในตำแหน่งปิดหรือเปิดได้จากความสูงของมือหมุน การออกแบบก้านวาล์วแบบนี้มักใช้กับวาล์วทองเหลือง
1.2.2. แบบ Non-Rising Stem (NRS) ดูรูปที่ 36 ในกรณีติดตั้งวาล์วในพื้นที่จำกัดบริเวณเหนือวาล์ว การออกแบบก้านวาล์วจึงต้องกลับทางกับแบบ ISRS นั้นคือ เราขึ้นเกลียววนซ้ายมือบนก้านวาล์วและเกลียววนขวามือภายในตัวลิ้นวาล์ว ดังนั้นเมื่อหมุนมือจับวาล์วไปในทิศตามเข็มนาฬิกาตัวลิ้นวาล์วจะเคลื่อนที่ลงไปปิดช่องทางไหลของไหลโดยความสูงของมือหมุนวาล์ว
รูปที่ 36 Screwed body-bonnet joint, Non-rising stem (NRS) design, gate Valve (MSS SP-80-2008)
เทียบกับตัวเรือนวาล์วมีระยะไม่เปลี่ยนแปลง และเมื่อเราหมุนมือจับวาล์วไปในทิศทวนเข็มนาฬิกาตัวลิ้นวาล์วจะเคลื่อนที่ขึ้นทำให้เปิดช่องทางไหลของไหลเช่นเดิมเพียงแต่ว่าตัวลิ้นวาล์วจะเคลื่อนที่ขึ้น-ลงภายใน Bonnet ระยะความสูงของมือหมุนวาล์วจึงไม่เปลี่ยนแปลงทำให้เราไม่สามารถคาดเดาจากความสูงของมือหมุนได้ว่าวาล์วขณะนั้นอยู่ในตำแหน่งปิดหรือเปิด (ดูรูปที่ 37) เราพบการออกแบบก้านวาล์วแบบนี้ส่วนใหญ่ในวาล์วทองเหลืองกับวาล์วเหล็กหล่อ (Cast Iron Valve) เนื่องจากมีปัญหาเรื่องการสึกกร่อนระหว่างเกลียวก้านวาล์วกับเกลียวตัวลิ้นาล์ว
รูปที่ 37 ก้านวาล์วแบบ Non-Rising Stem (NRS) Design, Gate Valve
1.2.3. แบบ Outside Screw and Yoke (OS&Y) เราพบว่าการออกแบบก้านวาล์วทั้งแบบ Inside Screw Rising Stem (ISRS) และแบบ Non-Rising Stem (NRS) มีข้อเสียร่วมกันคือ ก้านวาล์ว “สัมผัส” กับของไหลในระบบท่อเช่นเดียวกับภายในตัวเรือนวาล์วซึ่งส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนทางเคมี (corrosion) และการกัดกร่อนเชิงกล (Erosion) การคิดค้นการออกแบบ OS&Y (ดูรูปที่ 38 และรูปที่ 39) จึงถูกคิดค้นเพื่อแก้ไขปัญหาเรื่องเกลียวของก้านวาล์วสัมผัสของไหลภายในวาล์วขณะทำงานโดยออกแบบให้เกลียวของก้านวาล์วออกไปอยู่นอกตัววาล์วไปเลย จากนั้นออกแบบให้มีส่วนที่เรียกว่า “Yoke” มีลักษณะเป็น 2 แขนเชื่อมติดกับ Bonnet เพื่อใช้ประคองและกำกับการเคลื่อนที่ของก้านวาล์วด้วยการให้ก้านวาล์วเคลื่อนที่ผ่าน Yoke Nut ซึ่งถูกขึ้นเกลียวไว้ภายในตัวทำหน้าที่เสมือน Nut (เกลียวตัวเมีย) ไปในตัว ในขณะเดียวกันก็ติดตั้งมือหมุนวาล์ว (Handwheel) บนด้านบนสุดของ Yoke เข้ากับ Yoke Nut แทนที่ติดตั้งกับก้านวาล์วส่งผลให้มือหมุนสามารถหมุนได้อย่างอิสระ โดยขึ้นเกลียววนซ้ายมือบนก้านวาล์วและเกลียววนขวามือภายในตัว Yoke Nut ดังนั้นเมื่อหมุนมือจับวาล์วไปในทิศตามเข็มนาฬิกาตัวลิ้นวาล์วจะเคลื่อนที่ลงไปปิดช่องทางไหลของไหล สังเกตุได้จากความสูงของส่วนบนสุดก้านวาล์วเทียบกับตัวเรือนวาล์วจะลดลง สำหรับการเปิดวาล์วจะเกิดขึ้นในทางกลับกัน จากลักษณะการทำงานของก้านวาล์วดังกล่าวเราจึงสามารถบำรุงรักษาก้านวาล์วด้วยการทาจารบี หรือในการออกแบบเพื่อการลดแรงเสียทานอาจทำการติดตั้งลูกปืนเข้ากับ Yoke Nut ได้อีกด้วย จากข้อดีที่ได้กล่าวมานั้นทำให้วาล์วที่ได้รับการออกแบบให้มีก้านวาล์ว OS&Y จึงได้รับความนิยมและพบเห็นได้บ่อยทั้งในวาล์วเหล็กหล่อและเหล็กเหนียว
.JPG)
รูปที่ 38 Outside Screw and Yoke (OS&Y) Design, บริเวณส่วน Yoke
จากการออกแบบก้านวาล์วดังกล่าวพบว่าการป้องกันการรั่วไหลของไหลออกมาภายนอกตัววาล์วผ่านก้านวาล์วเป็นเรื่องสำคัญเรื่องหนึ่งในหน้าที่หลักของตัววาล์วดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ดังนั้นเพื่อป้องกันการรั่วไหลแนวแกนก้านวาล์วจึงจัดให้มีซีลที่มีความยืดหยุ่นวางเรียงไว้ในช่องว่างช่องหนึ่งพันรอบแกนก้านวาล์วจะเป็นการพันรอบแกนก้านวาล์วชั้นเดียวหรือเรียงซ้อนกันหลายชั้นสุดแล้วแต่การออกแบเพื่อให้ทนแรงดันและอุณหภูมิการใช้งานมากน้อยเพียงใดซึ่งจะสะท้อนออกมาในขนาดและรูปแบบของ “Stuffing Box” หรือ “Packing Chamber” (ดูรูปที่ 38) และเรียกซีลที่พันรอบก้านวาล์วว่า “Packing” โดยเรียกตัวกดอัดซีล Packing ที่อยู่ใน Stuffing Box ให้แน่นว่า “Gland” วิธีการอัด Gland ลงบน Packing ที่อยู่ใน Stuffing Box ที่นิยมใช้กันคือ Bolts & Nuts ดังนั้นก้านวาล์วที่ได้รับการออกแบบ ISRS และ OS&Y จึงสามารถถอดเปลี่ยนซีลหรือ Packing ได้สะดวกโดยไม่ต้องถอดวาล์วออกจากระบบท่อถือเป็นข้อดีมากในทางปฏิบัติจริงภาคสนาม
รูปที่ 39 รูปตัด Stuffing Box ให้เห็นซีล (Packing) ที่พันรอบก้านวาล์ว
1.3. Gate Design การออกแบบลิ้นวาล์วมีอยู่ด้วยกัน 3 รูปแบบหลักๆ โดยทั้ง 3 รูปแบบนั้นจะมีลักษณะโดยภาพรวมแล้วเสมือนเป็น “ลิ่ม (Wedge)” มีหน้าสัมผัส 2 ด้านของตัวลิ่มซึ่งโดยทั่วไปจะเอียงทำมุมเทียบกับแนวแกนก้านวาล์วอยู่ที่ประมาณ 3 -6 องศา และออกแบบให้หน้าสัมผัสทั้ง 2 ด้านสัมผัสแนบสนินกับ Body Seats ซึ่งถูกติดตั้งเข้ากับตัวเรือนวาล์วทั้ง 2 ฝั่งตรงข้ามกันเพื่อรองรับให้หน้าสัมผัสของลิ้นวาล์วทั้ง 2 ด้านแนบสนิทกัน รูปแบบของลิ้นวาล์วเริ่มจากชิ้นเดียวโดดๆแล้วค่อยเปลี่ยนจากดิ้นได้บ้างจนถึงสามารถดิ้นได้ 2 ชิ้น เรามาดูกัน
1.3.1. ลิ้นวาล์วแบบ Solid Wedge หรือ One-Piece Solid (ดูรูปที่ 40) เป็นรูปแบบที่ง่ายที่สุด ถูกใช้งานและเป็นที่นิยมมานาน ราคาประหยัด มีความสามารถต้านทานต่อการกัดกร่อนและสั่นสะเทือนได้ดีเยี่ยมจึงถือได้ว่าเป็นลิ้นวาล์วในอุดมคติสำหรับงานระบบท่อไอน้ำและการไหลที่มีความปั่นปวน (Turbulent Flow) สูงในระบบบท่อ แต่ด้วยคุณสมบัติที่บึกบึนนี้เองจึงทำให้ลิ้นวาล์วชนิดนี้ไม่สามารถรองรับหรือปรับตัวต่อการเสียรูปทรงของ Body Seats ที่ประกบหน้าสัมผัสทั้ง 2 ข้างของลิ้นวาล์วเมื่อใช้งานไปนานๆได้ ยกตัวอย่างเช่น เมื่อ Body Seats โดนอุณหภูมิของไหลที่สูงมากทำให้เกิดการขยายตัวของเนื้อโลหะที่ใช้ทำ Body Seats ผลที่ตามมาคือก่อให้เกิดลิ้นวาล์วติดขัดกับ Body Seats ทำให้ปิด-เปิดไม่สะดวกและอาการดังกล่าวจะยิ่งรุนแรงเพิ่มมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิของไหลยิ่งสูงขึ้น หรือในกรณีวาล์วถูกติดตั้งในระบบท่อที่มีการขยายตัว หดตัวหรือบิดตัว ซึ่งเป็นเรื่องปกติในระบบท่อที่มีระยะทางยาวไกล การขยายตัวของโลหะที่ใช้ทำท่อจะมีการยืด หด บิดตัวตามสภาวะแวดล้อม อุณหภูมิและความดันของไหลในระบบท่อส่วนจะมากน้อยแตกต่างกันไปดังนั้นเมื่อท่อหดตัวหรือขยายตัว ท่อจะส่งแรงกระทำตัวเรือนวาล์วซึ่งติดตั้งในระบบท่อส่งผลให้ Body Seats เสียรูปทรงตามตัวเรือนวาล์ว การปิด-เปิดวาล์วจะมีปัญหาตามมา (เรื่องนี้ในตัวเรือนของมาตรวัดปริมาตรของเหลวแบบมาตราจะมีการออกแบบให้เป็นตัวเรือนมาตรวัดฯ 2 ชั้น (Double Case) เพื่อให้ตัวเรือนชั้นนอกรับแรงจากระบบท่อกระทำต่อมาตรวัดในขณะที่ตัวเรือนชั้นในยังคงทำหน้าที่เป็นห้องวัดปริมาตรได้ถูกต้องและรับผลกระทบกระเทือนน้อยที่สุด) เป็นต้น แต่ถ้าหน้าสัมผัส Body Seats เรียบปกติก็ไม่มีปัญหาใดๆ นะ การทำหน้าที่ของลิ้นวาล์วชนิดนี้จึงขึ้นกับความแม่นย่ำของการขึ้นรูปเชิงกล (กลึง เจียร ใส ปาด บด) ให้หน้าสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วแบบ Solid Wedge กับ Body Seats แนบเรียบแนบสนิทมากน้อยเพียงใด หากมีฝีมือกลึง เจียร ใส ปาด บด ให้ผิวสัมผัสแนบสนิทวาล์วก็รั่วไหลได้น้อยนั้นเอง ด้วยเหตุนี้ลิ้นวาล์วแบบ Solid Wedge จึงไม่เหมาะกับการใช้งานใน Gate Valve ขนาดใหญ่เพราะหาเครื่องมือทำชิ้นงานหน้าสัมผัสให้เนียนๆ ชิ้นงานใหญ่ทำได้ยาก
รูปที่ 40 ลิ้นวาล์วแบบ Solid Wedge, flex Wedge, Split Wedge และ High Integrity shutoff Wedge
Body Seat คือ ผิวสัมผัสที่ราบเรียบและต้องขบ บด อัด กับลิ้นวาล์วในการทำหน้าที่ซีลการรั่วซึมของไหลผ่านลิ้นวาล์ว ในการออกแบบและผลิต Body Seat ตลอดจนติดตั้งเข้ากับตัวเรือนวาล์วเพื่อให้ทำหน้าที่ Body Seat มีหลายวิธีการ เช่น
· Body Seat เป็นเนื้อเดียวกับตัวเรือนวาล์ว ทำโดยการกลึงปาดใสตัวเรือนวาล์วที่ต้องการให้เป็น Body Seat ให้เรียบ หรือทำการเชื่อมโลหะพอกหน้าลงบนตัวเรือนจากนั้นกลึงปาดใสเรียบก็ได้
· ผลิตเป็นวงแหวนผิวเรียบ จากนั้นฝังวงแหวนเข้ากับตัวเรือนวาล์วด้วยวิธีการที่แตกต่างกันไปเช่น กดอัดเข้ากับตัวเรือนวาล์ว, กลึงเป็นเกลียวทั้งบน Body Seats กับตัวเรือนวาล์วแล้วขันเข้าด้วยกัน, เจาะเป็นรูฝังสกรูยึด Body Seats กับตัวเรือนวาล์ว หรือเชื่อม Body Seats เข้ากับตัวเรือนก็อาจเป็นได้
1.3.2. ลิ้นวาล์วแบบ Flex Wedge หรือ One-Piece Flexible หรือ 1 ชิ้นอยู่นิ่งอีกชิ้นขยับ (ดูรูปที่ 40) ลิ้นวาล์วชนิดนี้จะถูกหล่อหรือขึ้นรูปด้วยการกลึงเว้า (groove) ตามหน้าวาล์ว ส่วนจะมีขนาด รูปร่าง และความลึกในการขึ้นรูปแล้วแต่การออกแบบ รอยเว้าดังกล่าวทำให้เนื้อโลหะที่ใช้ทำลิ้นวาล์วบริเวณกลางเนื้อลิ้นวาล์วบางลงส่งผลให้ลิ้นวาล์วมีความยืดหยุ่นให้ตัวมากขึ้นและยอมให้หน้าสัมผัสของลิ้นวาล์วเคลื่อนตัวได้เล็กน้อยเพื่อสามารถปรับตัวให้เข้ากับหน้าสัมผัสของ Body Seats ที่ประกบหน้าสัมผัสทั้ง 2 ข้างของลิ้นวาล์วซึ่งอาจเสียรูปทรงหรือเคลื่อนตัวไปจากตำแหน่งติดตั้งอันเนื่องจากการขยายตัว Body Seats เนื่องจาก Body Seats สัมผัสของไหลภายในวาล์วที่มีอุณหภูมิสูงหรืออุณหภูมิต่ำหรือเกิดจากระบบท่อที่วาล์วไปติดตั้งอยู่นั้นบิดตัว ขยายตัว หดตัว ดังนั้นลิ้นวาล์วแบบ Flex Wedge จึงมีประโยนช์มากโดยเฉพาะในเหตุการณ์ที่เริ่มต้นวาล์วอยู่ในตำแหน่งปิดในขณะที่อุณหภูมิของไหลสูงทำให้ลิ้นวาล์วที่สัมผัสกับของไหลอุณหภูมิสูงด้านหนึ่งกับอีกด้านหนึ่งที่มีอุณฆภูมิต่ำกว่าทำให้เกิดผลต่างของอุณหภูมิที่กระทำต่อลิ้นวาล์วผลตามมาคือการขยายาตัวของเนื้อโลหะที่ใช้ทำลิ้นวาล์วขายาตัวไม่เท่ากันจากนั้นเมื่อเราต้องการเปิดวาล์ว อุณหภูมิของไหลจะลดต่ำลงลิ้นวาล์ว Flex Wedge จะช่วยให้เราสามารถเปิดวาล์วได้ไม่ติดขัดเพราะลิ้นวาล์วมีความยืดหยุ่นให้ตัวสามารถปรับสภาพรับการขยายตัวของเนื้อโลหะได้ (ดูรูปที่ 41) ลิ้นวาล์วชนิดนี้จึงนิยมใช้ในระบบท่อไอน้ำนั้นเอง จากขีดความสามารถของลิ้นวาล์วที่ยังคงสภาพของลิ้นวาล์วชิ้นเดียวแต่สามารถยืดหยุ่นให้ตัวได้เล็กน้อยเพื่อปรับตัวเข้ากับ Body Seats ที่อาจเสียรูปทรง ถือว่ามีขีดความสามารถทั้งอ่อนทั้งแข็งภายในตัว ยืดได้หดได้ เป็นบุคคลิกที่เราคนไทยชอบงั๊ยละครับ !! วัสดุที่ใช้งานทำลิ้นวาลว์ชนิดนี้จะไม่ใช้ทองเหลืองหรือเหล็กหล่อ (Cast Iron) แต่ต้องเลือกวัสดุที่มีคุณสมบัติที่แข็งแรงและเหนียวยืดหยุ่น
รูปที่ 41 วาล์วที่มีลิ้นวาล์วแบบ Flex Wedge,
1.3.3. ลิ้นวาล์วแบบ Split Wedge หรือ Two-Piece Split (ดูรูปที่ 40) เป็นลิ้นวาล์วที่ประกอบด้วย 2 ชิ้น ออกแบบให้ขบกันโดยให้ลิ้นวาล์วแต่ละชิ้นสามารถเคลื่อนขยับให้ตัวปรับเปลี่ยนเข้ากับการเคลื่อนตัวของ Body Seats ขณะวาล์วถูกใช้งานเพื่อให้หน้าสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Body Seats ขบกันเรียบสนิทตลอดเวลาเพื่อป้องกันการรั่วซึม พบการใช้ลิ้นวาล์วแบบนี้ในวาล์วทองเหลืองขนาดเล็กเมื่อใช้ลิ้นวาล์วแบบ Flex Wedge แล้วลิ้นวาล์วทำงานไม่สมบูรณ์ก็จะถูกปรับเปลี่ยนมาใช้ลิ้นวาล์วแบบ Split Wedge แทน นอกจากนี้การใช้จะพบลิ้นวาล์วแบบ Split Wedge ในวาล์วขนาดใหญ่ทำด้วยวัสดุ Stainless Steel หรือวัสดุราคาแพง หลักคิดอีกอย่างหนึ่งในการนำลิ้นวาล์วแบบนี้มาใช้งานนั้นคือแทนที่เราจะออกแบบให้ตัวเรือนวาล์วมีขนาดหนาเพียงพอต่อการต้านทานการขยายตัวของเนื้อโลหะของวาล์วเนื่องจากอุณหภูมิสูงหรือทนทานต้อนการบิดตัวอันเนื่องจากระบบท่อกระทำต่อหน้าแปลนวาล์วจนทำให้ Body Seats เคลื่อนตัวบิดเบี้ยว หันกลับเปลี่ยนมาใช้ลิ้นวาล์วแบบ Split Wedge แทนเพื่อปรับตัวให้เข้ากับ Body Seats ที่เคลื่อนตัวบิดเบี้ยวแทนพร้อมออกแบบลดความหนาตัวเรือนวาล์วเพื่อลดค่าใช้จ่ายในการผลิต แต่ลิ้นวาล์วแบบ Split Wedge จะไม่เหมาะอย่างยิ่งกับของไหลซึ่งไหลด้วยความเร็วสูงหรือมีความปั่นป่วนสูงภายในท่อเพราะรูปแบบการไหลดังกล่าวเป็นสาเหตุทำให้ลิ้นวาล์วแบบ Split Wedge ซึ่งประกอบด้วย 2 ชิ้นส่วนสั่นกระเพื่อมกระแทกซึ่งกันและกันหรือกระแทกเข้ากับ Body Seats สร้างความเสียหายไปถ้วนหน้า และถ้าหากยิ่งเป็นของไหลที่มีอนุภาคแขวนลอยแล้วเจ้าอนุภาคนี้จะไปสะสมอุดตันบริเวณรอยเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วน 2 ชื้นของลิ้นวาล์วอีกด้วย แต่อย่างไรก็ตามด้วยการออกแบบและการผลิตลิ้นวาล์วแบบ Split Wedge เองก็มีความซับซ้อนดังนั้นลิ้นวาล์วแบบนี้จึงมีราคาแพงกว่าลิ้นวาล์ว 2 ชนิดแรกที่กล่าวมาข้างต้น
นอกจากนี้ยังมีลิ้นวาล์วที่แตกต่างจาก 3 แบบหลัก เช่น “Double-Disc” ซึ่งคล้ายกับแบบ Split Wedge คือประกอบด้วย 2 ชิ้นส่วนเช่นกันที่วางตัวในแนวขนานกับแกนก้านวาล์ว เมื่อเริ่มปิดวาล์ว ลิ้นวาล์วจะเคลื่อนตัวลงมาแนบสนิทกับ Body Seats จากนั้นเมื่อหมุนก้านวาล์วต่อลงมาอีกจะมีกลไกแทรกเข้าไปอยู่ระหว่างลิ้นวาล์วทั้ง 2 ชิ้นเพื่อเพิ่มแรงกดหน้าสัมผัสลิ้นวาล์วกับ Body Seats จนแน่นสนิท (ดูรูปที่ 42) หากต้องการเปิดวาล์วกลไกดังกล่าวจะลดแรงกดลงบนลิ้นวาล์วก่อนแล้วจึงค่อยยกตัวลิ้นวาล์วขึ้นออกจากการปิดช่องทางการไหลในตัวเรือนวาล์ว การออกแบบลิ้นวาล์วแบบนี้เพื่อใช้ป้องกันวาล์วติดยึดแน่นกับ Body Seats เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิบนเนื้อชิ้นงานลิ้นวาล์ว (Thermal Transients) นอกจากจะเรียกลิ้นวาล์วแบบนี้ว่า “Double-Disc” แล้วยังอาจเรียกว่า “Parallel Disk” ก็ได้ และอาจปรับเปลี่ยนกลไกแทรกระหว่างลิ้นวาล์ทั้ง 2 ชิ้นไปใช้สปริงดันลิ้นวาล์วที่ขนานทั้ง 2 ข้างแทนดังในรูปที่ 43 นอกจากนี้ยังมีลิ้นวาล์วแบบ “Integrity shutoff Wedge (HIS)” (ดูรูปที่ 40) เพื่อใช้ในงานที่ต้องการปิดสนิทจริงๆในระดับ “Zero Leakage” บนทางด้านทางเข้าและด้านทางออกวาล์ว
รูปที่ 42 ลิ้นวาล์วแบบ Double-Disc Gate Valve
.jpg)
รูปที่ 43 ลิ้นวาล์วแบบ Parallel Disk Gate Valve
รูปที่ 44 เปรียบเทียบวาล์วที่มีลิ้นวาล์วแบบ Wedge กับแบบ Parallel
1.4. การใช้งาน Gate Valve ถือเป็นวาล์วที่เราจะพบเห็นบ่อยมากที่สุดในชีวิต เนื่องจากถูกนำไปใช้งานสำหรับการปิด-เปิดของไหลในระบบท่อที่หลากหลายรูปแบบการใช้งาน อีกทั้งมีการใช้งานมาอย่างยาวนาน ด้วยมีข้อดีที่ว่า
· เป็นวาล์วที่มีแรงเสียดทานการไหลต่ำมากเมื่ออยู่ในตำแหน่งเปิดในระบบท่อ
· เข้าถึงได้ง่ายและมีหลากหลายทั้งขนาดตั้งแต่ ½ -30 นิ้ว, ชั้นทนแรงดันตั้งแต่ Vacuum ถึง 4500 Psi และชนิดวัสดุที่มีทั้งทองเหลือง (Bronze) เหล็กหล่อ (Cast Iron) เหล็กเหนียว (steel) จนถึง โลหะผสม (Alloy)
· ใช้งานกับของไหลได้หลายชนิด ส่วนข้อจำกัดเรื่องอุณหภูมิใช้งานขึ้นอยู่กับชนิดวัสดุที่ใช้ผลิตวาล์ว
· เนื่องจากมีผู้ผลิตมากรายทำให้ราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับวาล์วชนิดอื่นๆ เช่น Globe Valve เมื่อเปรียบเทียบวาล์วที่ขนาด ชั้นทนแรงดัน และชนิดวัสดุเดียวกัน เป็นต้น
เมื่อมีข้อดีแล้วก็ต้องมีข้อเสียบางละคราวนี้ Gate Valve มีข้อเสียหลักๆ
· เปรียบเทียบวาล์วที่ขนาดเดียวกันและชั้นทนแรงดันเดียวกันพบว่า Gate Valve มีขนาดใหญ่กว่าและหนักกว่าวาล์วชนิดอื่นที่ทำหน้าที่ปิด-เปิดเช่นเดียวกัน
· เนื่องจากระยะการเคลื่อนที่ของลิ้นวาล์วตั้งแต่เปิดสุดจนปิดสนิทกับ Body Seats มีระยะการเคลื่อนที่มาก ดังนั้นหากหมุนด้วยมือและต้องทำการปิด-เปิดบ่อย งานนี้ Gate Valve จะไม่เหมาะสมทันทีเพราะต้องหมุนมือหมุนวาล์วหลายรอบซิครับ จะหันไปใช้วาล์วที่เพียงหมุนมือหมุนวาล์ว 90 องศาแทน
· จากหลักการทำงานของลิ้นวาล์วที่ต้องบดอัดแนบสนิทกับ Body Seats ดังนั้น Gate Valve จึงไม่เหมาะสมกับของไหลสกปรกหรือมีอนุภาคแขวนลอย (Slurries) เพราะอนุภาคแขวนลอยหรือสิ่งสกปรกจะไปตกค้างบริเวณช่องว่างภายในวาล์วแล้วสะสมขวางทางหรือทำให้ลิ้นวาล์วกับ Body Seats ขบบดอัดกันไม่สนิท อาการหนักเบามากน้อยขึ้นอยู่กับแบบของลิ้นวาล์ว โดยเฉพาะลิ้นวาล์วแบบ Split-Wedge อาจหนักหน่อย ผลก็คือ... วาล์วก็รั่วซิครับพี่น้อง
· Gate Valve ไม่เหมาะสมที่ใช้ในการทำงานแบบการหรี่วาล์ว หรือการควบคุมเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหลที่เรียกว่า “Throttling” เพราะอัตราการไหลผ่านวาล์วสูงจะเกิดขึ้นที่ระยะยกก้านวาล์วจากตำแหน่งปิดเพียง 5 – 10% ของระยะยกก้านวาล์วทั้งหมด (ให้ระยะยกก้านวาล์วเปิดทั้งหมดเท่ากับ 100% เต็ม) ทำให้การเปลี่ยนแปลงการไหลของไหลเทียบกับตำแหน่งระยะยกของลิ้นวาล์วมีความสัมพันธ์ที่ชันมากในตอนเริ่มต้นเปิดวาล์แล้วชันน้อยมากเมื่อเปิดวาล์วไปเกือบสุดในวาล์วชนิดนี้ ทำให้อัตราการไหลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะเคลื่อนที่ของลิ้นวาล์วหรือที่เรียกว่า “Valve Flow Characteristic” ในรูปแบบ “Quick Opening” พูดให้เข้าใจง่ายๆ คือ เปิดวาล์วนิดเดียวก็ได้อัตราการไหลเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากนั้นถึงจะเปิดวาล์วไปเรื่อยๆ ก็เพียงทำให้อัตราการไหลผ่านวาล์วเพิ่มขึ้นในสัดส่วนที่น้อย ดังนั้นหากต้องการใช้ Gate Valve ทำหน้าที่ควบคุมการไหลด้วยการหรี่วาล์วทำได้เพียงหรี่วาล์วให้เปิดน้อยๆ ซึ่งผลที่ตามมาคือลิ้นวาล์วสั่น และเกิดการกัดกร่อนเชิงกล (Erosion) บนหน้า Seat ได้เพราะความเร็วของไหลผ่านช่องเปิดเล็กน้อยจะมีความเร็วสูงมากกว่าปกติ
· แนวหรือร่องนำลิ้นวาล์วเพื่อให้ลิ้นวาล์วเคลื่อนขึ้นลง (Slide) สะดวกอาจสึกกร่อน หรือหลวมส่งผลกระทบต่อความเสียหายของลิ้นวาล์ว ทำให้ตอนใกล้ปิดสนิทต้องใช้แรงมากกว่าปกติ เป็นต้น
2. Globe Valve ตัวเรือนวาล์ว (Body) ถูกออกแบบให้ลิ้นวาล์วหรือ “Flow Control Element” หรือ “Disc” (คราวนี้ไม่เรียกว่า “Wedge”) เคลื่อนที่ไปตามแนวแกนการไหลของไหล (ซึ่งต่างจาก Gate Valve ที่ลิ้นวาล์วถูกออกแบบให้เคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหลของไหล) ส่งผลให้ลิ้นวาล์วสัมผัสและอยู่ในของไหลขณะเคลื่อนที่จนกว่าการปิดวาล์วเสร็จสิ้นสมบูรณ์ ภายหลังจากลิ้นวาล์วปิดแนบสนิทกับ Seat Ring (คราวนี้เปลี่ยนจากเดิมที่เรียกว่า “Body Seat”) แรงดันของไหลด้านทางเข้าก็มีแรงดันพร้อมจะช่วยในการเปิดวาล์วในครั้งต่อไป สำหรับรูปแบบการปิด-เปิดของลิ้นวาล์วในช่องทางการไหลภายในตัวเรือนวาล์วนั้นจะมีลักษณะเป็นพื้นที่ช่องเปิดในรูปแบบของวงกลม (Annular Space) คล้ายกับ Venturi โดยพื้นที่เปิดดังกล่าวจะมากน้อยขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ลิ้นวาล์วเข้าหาหรือออกจาก Seat Ring ดังแสดงไว้ในรูปที่ 45 และด้วยรูปแบบควบคุมการปิดเปิดเป็นพื้นที่ช่องทางการไหลรูปวงกลมดังกล่าวนี้เองทำให้ Globe Valve เหมาะสมมากที่สุดในการควบคุมเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหลด้วยการหรี่วาล์วหรือที่เรียกว่า “Throttling” แต่ก็ยังสามารถถูกใช้สำหรับทำหน้าที่เป็นวาล์วปิด-เปิดได้ด้วยเช่นกัน
รูปที่ 45 พื้นที่ช่องเปิดในรูปแบบของวงกลม (Annular Space) ของ Globe Valve
2.1. การออกแบบตัวเรือน (Body Design) จะมีด้วยกัน 3 รูปแบบหลักๆ คือ
2.1.1. Z-Body Design เป็นวาล์วที่ติดตั้ง Seat Ring ในแนวขนานกับพื้นแล้วติดตั้งลิ้นวาล์วและก้านวาล์วเคลื่อนที่ลงมาในแนวตั้งฉากกับ Seat Ring (ดูรูปที่ 46) เป็นตัวเรือนวาล์วที่อยู่ในข่ายเราสนใจคือ Z-Body Design และมีรูปแบบการประกอบเข้าด้วยกันระหว่างตัวเรือนวาล์วกับ Bonnet เนื้อหาเช่นเดียวกับที่กล่าวใน Gate Valve หากลืมก็กลับไปอ่านอีกรอบก็แล้วกันนะ
2.1.2. Y-body Design เป็นการออกแบบตัวเรือนวาล์วเพื่อบรรเทาปัญหาความดันตกคร่อมวาล์วสูง เป็นวาล์วที่ติดตั้ง Seat Ring และลิ้นวาล์ว ก้านวาล์วทำมุม 45 องศากับแนวระดับพื้นดิน (ดูรูปที่ 47) ทำให้เมื่อเปิดช่องทางการไหลเต็มที่จะได้แนวการเคลื่อนที่ของไหลผ่านวาล์วเกือบเป็นเส้นตรงเช่นเดียวกับ Gate Valve ดังนั้นตัวเรือนวาล์วชนิดนี้จึงเหมาะกับการใช้งานกับของไหลที่ความดันสูง
2.1.3. Angle Valve Design ข้อดีคือวาล์วทำหน้าที่ทั้งเป็นข้องอในระบบท่อและทำหน้าที่เป็นวาล์วไปพร้อมๆกัน ดังแสดงในรูปที่ 48 ซื้อ 1 แถม 1 ว่างั๊ยเถอะ
รูปที่ 46 Flanged end, bolted-bonnet, outside-screw-and-yoke, spherical disc, Globe Valve
รูปที่ 47 Y-Body Design Socketweld end, bolted-bonnet, outside-screw-and-yoke, spherical disc, Globe Valve
รูปที่ 48 Angle Body Design, Globe Valve
2.2. การออกแบบก้านวาล์ว (Stem Design) โดยทั่วไปเราจะพบการออกแบบก้านวาล์ว 2 รูปแบบหลักๆ คือ Inside Screw Rising Stem (ISRS) และ Outside-Screw-and-Yoke (OS&Y) สามารถไปทบทวนเนื้อหาเช่นเดียวกับที่กล่าวในเรื่อง Gate valve เพียงแต่ในกรณีของ Globe Valve นั้นระยะยกลิ้นวาล์วหรือ “Disc” มีระยะน้อยมากทำให้เราสังเกตระยะยกจากการเคลื่อนที่ก้านวาล์วทำได้ยากดังนั้นผู้ผลิตบางรายจะใส่ตัวชี้ระยะตำแหน่งปิด-เปิดของลิ้นวาล์ว (Positioner) เข้าไปบนก้านวาล์ว
2.3. การออกแบบลิ้นวาล์ว (Disc Design) ลิ้นวาล์วของ Globe Valve จะไม่ถูกติดตั้งตายตัวเข้ากับปลายก้านวาล์ว โดยทั่วไปบริเวณปลายก้านวาล์วดังกล่าวจะทำเป็นหน้าแปลนเล็กๆเพื่อสอดเข้าไปในช่องว่างบริเวณด้านหลังของลิ้นวาล์วแล้วยึดด้วยระบบเกลียวพร้อมแหวนน๊อตยึดล็อก ส่งผลให้ตัวลิ้นวาล์วหมุนไปพร้อมกับการหมุนเคลื่อนที่ของก้านวาล์วทำให้ลิ้นวาล์วเคลื่อนเข้าหา Body Seat แล้วค่อยๆนั่งลงบนหน้าสัมผัสของ Body Seat ส่งผลให้ลดการสึกหรอและการยึดติดระหว่างผิวโลหะที่บดอัดเสียดสีกัน (Galling or Seizing) ระหว่างหน้าสัมผัสของงลิ้นวาล์วกับ Body Seat (กลไกการเกิด Galling ดูรูปที่ 49) การเลือกชนิดวัสดุที่ใช้ทำลิ้นวาล์วกับ Body Seat ที่มีขีดความสามารถทนต่อ Galling ได้ดีจึงเป็นเรื่องสำคัญ
.jpg)
รูปที่ 49 กลไกการเกิดยึดติดของโลหะที่เสียดสีบดอันซึ่งกันและกันจะเกิดขึ้นบริเวณลิ้นวาล์วกับ Body Seat ทำให้เศษโลหะหลุดจากบริเวณผิวหน้าสัมผัส เรียกเป็นปรากฏการณ์ “Galling”
รูปที่ 50 ตัวอย่างการกัดกร่อนเชิงกลบนลิ้นวาล์วของ Globe Valve
รูปที่ 51 ตัวอย่างการเกิด Galling บนก้านวาล์ว
สำหรับการออกแบบลิ้นวาล์วของ Globe Valve มีหลากหลายรูปแบบ (Disc Seating-Surface Geometries) ในที่นี้จะกล่าวถึง
2.3.1. ลิ้นวาล์วแบบ Flat Seat เป็นลิ้นวาล์วที่จัดทำขึ้นรูปเสร็จแล้วนำลิ้นวาล์วดังกล่าวมาบด (Lapping) เข้ากับ Body Seat หรือ Seat Ring (ดูรูปที่ 52) เพื่อให้ผิวสัมผัสของชิ้นงานทั้งสองขบกันเรียบสนิท จึงไม่ค่อยอ่อนไหวต่อการเยื้องศูนย์ระหว่างแนวกึ่งกลางก้านวาล์วที่ไม่ตรงกับแนวศูนย์กลางของ Seat Ring พูดง่ายๆ ก็คือการขบกันของลิ้นวาล์วกับ Seat Ring เยื้องศูนย์ได้บางเล็กน้อยไม่มีปัญหาจะด้วยเหตุผลที่ว่าพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Ring มีมากก็ได้ แต่ในขณะเดียวกันก็ส่งผลให้ต้องใช้แรงกดบดอัดระหว่างผิวสัมผัสทั้งสองสูงเพิ่มขึ้นมากกว่าปกติด้วยเช่นกันเพื่อให้ผิวสัมผัสทั้ง 2 แนบสนิทจนสามารถป้องกันการรั่วไหลของไหล ข้อเสียอีกอย่างคือเมื่อมีพื้นที่ผิวสัมผัสมากโอกาสมีสิ่งแปลกปลอมตกค้างอยู่บนผิวหน้าสัมผัสก็ยิ่งมากขึ้นเช่นกัน โอกาสทำให้วาล์วรั่วก็มากยิ่งขึ้นด้วยเช่นกัน วาล์วที่มีลิ้นวาล์วชนิดนี้จึงมักถูกใช้เพื่อทำหน้าที่ปิด-เปิดเป็นหน้าที่หลัก การออกแบบลิ้นวาล์วชนิดนี้นอกจากยังทำให้การซ่อมบำรุงรักษาทำได้ง่ายและรวดเร็วแล้วยังสามารถซ่อมบำรุงรักษาวาล์วได้โดยไม่ต้องถอดวาล์วออกจากระบบท่อได้อีกด้วย
รูปที่ 52 ลิ้นวาล์วแบบ Flat seat
2.3.2. ลิ้นวาล์วแบบ Spherical Seat เป็นลิ้นวาล์วที่ขึ้นรูปผลิตได้ยากอีกทั้งไวต่อการเยื้องศูนย์ของลิ้นวาล์วกับ Seat Ring สำหรับผิวสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Ring เพื่อใช้ในการปิดช่องทางการไหลภายในตัวเรือนวาล์วพบว่าจะอยู่ในรูปของแนวแถบเส้นผิวสัมผัสที่แคบๆ รอบวงของลิ้นวาล์วเท่านั้นเองจึงใช้แรงกดบดอัดระหว่างผิวสัมผัสทั้งสองสูงไม่มาก (ดูรูปที่ 53) แต่ในขณะเดียวกันเมื่อของไหลไหลผ่านช่องแคบๆแถบแนวเส้นผิวสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Ring ซึ่งเป็นแถบรอบวงของลิ้นวาล์วดังกล่าวนั้นโอกาสของไหลสร้างความเสียหายให้กับทั้งลิ้นวาล์และ Seat Ring ของวาล์วจากการกัดกร่อนเชิงกล (Erosion) เนื่องจากของไหลวิ่งผ่านช่องแคบดังกล่าวด้วยความเร็วของไหลสูงมากๆ จึงมีสูง
รูปที่ 53 ลิ้นวาล์วแบบ Spherical seat
2.3.3. ลิ้นวาล์วแบบ Conical Seat เป็นลิ้นวาล์วที่ขึ้นรูปผลิตได้ง่ายกว่าลิ้นวาล์วแบบ Spherical Seat แต่ยังคงไวต่อการเยื้องศูนย์ของลิ้นวาล์วกับ Seat Ring ในขณะที่มีผิวสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Ring บริเวณแถบผิวสัมผัสแนวเส้นรอบวงของลิ้นวาล์วมีพื้นที่สัมผัสกว้างมากกว่าลิ้นวาล์วแบบ Spherical Seat ดังนั้นจึงต้องการแรงกดบดอัดระหว่างผิวสัมผัสทั้งสองสูงกว่าในการซีลหน้าสัมผัส (ดูรูปที่ 54) แต่เมื่อมีพื้นที่ผิวสัมผัสมากกว่าโอกาสมีสิ่งแปลกปลอมตกค้างอยู่บนผิวหน้าสัมผัสทั้งสองจึงเพิ่มขึ้นมากขึ้นเช่นกัน ยิ่งทำให้โอกาสวาล์วรั่วมากขึ้นตามไปด้วยเมื่อเทียบกับลิ้นวาล์วแบบ Spherical seat
รูปที่ 54 ลิ้นวาล์วแบบ Conical seat
2.4. ตัวนำร่องการเคลื่อนที่หรือตัวประคองลิ้นวาล์ว ในกรณี Globe Valve มีขนาดใหญ่และใช้งานที่ความดันของไหลสูง การออกแบบให้มีตัวนำร่องการเคลื่อนที่หรือตัวประคองลิ้นวาล์วเป็นเรื่องจำเป็น ตัวอย่างเช่น
2.4.1. Guided Plug Method หรืออาจเรียกว่า .Cage Guided Valve ตัวประคองลิ้นวาล์วจะมีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกกลวงฝังไว้ภายในตัวเรือนวาล์วหรือเรียกว่า “Cage” หรือ กรง (ดูรูปที่ 55) โดยให้ลิ้นวาล์วเคลื่อนที่ขึ้นลงในรูปทรงกระบอกดังกล่าว ดังในรูปที่ 56 ในวาล์วบางยี่ห้ออาจเจาะลิ้นวาล์วพร้อมติดตั้งเข้าไปใน Cage และตัวลดเสียงอันเนื่องจากของไหลที่ความดันสูงจะไหลผ่านช่องทางไหล (Port) ในตัวเรือนวาล์วด้วยความเร็วที่สูงมากก่อให้เกิดเสียงดัง
รูปที่ 55 ตัวอย่าง Cage Guided Valve ของ Globe Valve
รูปที่ 56 ตัวอย่างการประคองลิ้นวาล์ว (Cage) ที่ใช้งานภายใต้ความดันสูง
2.4.2. Double Guided Method แกนนำร่องการเคลื่อนที่ของลิ้นวาล์วเชื่อมจะถูกติดตั้งเข้ากับด้านหน้าลิ้นวาล์วให้ยาวลงไปจรดช่องบริเวณก้นตัวเรือนวาล์ว เรียก “Spindle Guide” ดังในรูปที่ 57
รูปที่ 57 ตัวอย่างการประคองลิ้นวาล์ว (Spindle Guide)
รูปที่ 58 การออกแบบการประคองลิ้นวาล์วที่ใช้งานที่ความดันสูง
2.5. การใช้งาน Globe Valve ถือเป็นวาล์วที่ได้รับความนิยมมากในการใช้งานอย่างกว้างขวางด้วยมีข้อดีกว่าวาล์วชนิดอื่น เช่น
· การเปลี่ยนแปลงการไหลของไหลเทียบกับตำแหน่งระยะยกของลิ้นวาล์วมีความสัมพันธ์เกือบเป็นเชิงเส้นตรงในวาล์วชนิดนี้ ดังนั้นทำให้อัตราการไหลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะเคลื่อนที่ของลิ้นวาล์วหรือที่เรียกว่า “Valve Flow Characteristic” ในรูปแบบเชิงเส้นตรง (Linear) เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ลิ้นวาล์วอยู่ที่ตำแหน่งกึ่งกลางของระยะยกทั้งหมดทำให้อัตราการไหลของไหลผ่านวาล์วมีค่าประมาณ 50 % ของการไหลเมื่อลิ้นวาล์วเคลื่อนที่เปิดเต็มที่ ด้วยคุณสมบัติที่ดีเด่นในเรื่องการหรี่วาล์ว (Throttling) ที่ดีเช่นนี้จึงเป็นคุณสมบัติที่ต้องการในงานควบคุมระบบกระบวนการทำงานหนึ่งๆ ในฐานะวาล์วควบคุมการไหล
· มีให้เลือกหลากหลายทั้งขนาดตั้งแต่ 1/8 -30 นิ้ว, ทั้งชั้นทนแรงดันตั้งแต่ Vacuum ถึง 4500 Psi และทั้งชนิดวัสดุตั้งแต่ทองเหลือง (Bronze) เหล็กหล่อ (Cast Iron) เหล็กเหนียว (steel) จนถึง โลหะผสมต้านการกัดกร่อน (Corrosion-resistant Alloy)
· สามารถใช้งานได้กับของไหลสะอาดที่อยู่ในรูปของเหลว ก๊าซ หรือไอ โดยข้อจำกัดด้านอุณหภูมิใช้งานขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ผลิตวาล์วเป็นปัจจัยหลัก ไม่เหมาะกับการใช้งานของไหลที่สกปรก หรือพวกแขวนลอย “Slurries” เพราะจะมีการสะสมสิ่งสกปรกภายในตัววาล์วก่อให้เกิดการอุดตันได้
· โดยปกติแล้วหน้าที่หลักๆ ของ Globe Valve จะใช้ในงานควบคุมปริมาณการไหลด้วยการหรี่วาล์วควบคุมเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหล (Throttling) แต่ยังสามารถใช้ในงานปิด-เปิดได้ด้วยในกรณีที่ต้องการปิด-เปิดบ่อยทั้งนี้เพราะ Globe Valve มีช่วงระยะเคลื่อนที่ไม่มาในการปิดเปิดวาล์ว
· สำหรับข้อเสียของ Globe Valve คือ มีความดันตกคร่อมวาล์วหรือความดันสูญเสียเมื่อถูกติดตั้งเข้าระบบท่อสูงเนื่องจากช่องทางการไหลเปลี่ยนทิศทางเป็นรูปตัว “Z” โดยเฉพาะในวาล์วขนาดใหญ่ที่มีความดันสูง ผลกระทบจากพลศาสตร์ของไหล จากการไหลเป็นจังหวะ (Pulsations) การไหลตกกระทบบนตัวเรือนวาล์ว (Impacts) และความดันสูญเสีย (Pressure Loss) ล้วนสามารถทำความเสียหายให้กับ Seat Ring, Stem Packing และหัวขับวาล์ว (Actuator) อีกทั้งต้องการแรงบิดก้านวาล์วสูงมากในวาล์วที่มีขนาดใหญ่
· สำหรับการติดตั้งวาล์วชนิดนี้จะติดตั้งให้ของไหลเข้าในช่องทางให้ความดันของไหลกระทำทางด้านใต้ของลิ้นวาล์วเสียเป็นส่วนใหญ่ เพื่อป้องกัน Packing ของก้านวาล์วและป้องกันการกัดกร่อน ดังนั้นเราจะเห็นเครื่องหมายแสดงทิศทางการติดตั้งวาล์วบนตัวเรือนวาล์ว แต่ในกรณีใช้งานกับของไหลที่มีอุณหภูมิสูงๆ เช่น ไอน้ำ การติดตั้ง Globe Valve กลับต้องให้ของไหลเข้าทางด้านบนของลิ้นวาล์ว (Disk) ไม่เช่นนั้นก้านวาล์วจะมีการหดตัวเมื่อเย็นลงและสร้างแนวโน้มให้เกิดการยกตัวลิ้นวาล์วจาก Seat Ring ได้เอง
นอกจากนี้เราจะพบอีกรูปแบบหนึ่งของ Globe Valve ที่เรียกว่า “Needle Valve” โดยเฉพาะในงานที่มีพื้นที่แคบและในระบบควบคุมไฮดรอกริก Needle Valve มีขนาดขนาดตั้งแต่ 1/8 -1 นิ้ว, ในกรณีวาล์วทำด้วยทองเหลือง (Bronze) สามารถทนแรงดันได้ถึง 400 Psi ส่วนวาล์วที่ทำด้วยเหล็กเหนียว (Steel) สามารถทนแรงดันได้ถึง 5,000 Psi
3. Diaphragm Valve ลิ้นวาล์ว หรือ “Flow Control Element” หรือ “Diaphragm” (คราวนี้ไม่เรียกว่า “Wedge” หรือ “Disc” เค้าเปลี่ยนไปอีกแล้วละ) มีลักษณะยืดหยุ่นให้ตัว โดยตัว Diaphragm ถูกติดตั้งไปในแนวเดียวกับการไหลของไหลโดยของไหลจะไหลผ่านไปในระหว่าง Diaphragm ซึ่งเสมือนท่ออ่อนๆซ้อนตัวอยู่ภายในช่องทางการไหลของวาล์ว จากนั้น Diaphragm จะยืดตัวไปขว้างทางการไหลของของไหลในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการไหล เช่นเดียวกับ Gate Valve การปิดวาล์วเกิดขึ้นเมื่อ Diaphragm จากด้านตรงข้ามบีบกดอัดซึ่งกันและกันจนของไหลไหลผ่านต่อไปไม่ได้ เรียกวาล์วลักษณะนี้ว่า “Straight-Through Diaphragm Valve” (ดูรูปที่ 59)
โดยทั่วไปวัสดุที่ใช้ทำ Diaphragm จะเป็นวัสดุที่ไม่ใช้โลหะ ในขั้นตอนผลิต Diaphragm จะขึ้นรูปให้เสมือนกับตอน Diaphragm ภายตัวเรือนวาล์วอยู่ในตำแหน่งปิดเพื่อไม่ให้ Diaphragm อยู่ในสภาพยืดตัวมากเกินไปเมื่อทำงานจริง ในขั้นตอนเปิดวาล์วจะทำให้ก้านวาล์วเคลื่อนที่ยกตัวดึง Diaphragm ขึ้นไปเก็บไว้ภายในโพรงของ Bonnet ในขณะลิ้นวาล์ว Diaphragm ทำหน้าที่อยู่นั้นเนื่องจาก Diaphragm มีความยืดหยุ่นตัวจึงต้องมีตัวประคองที่เรียกว่า “Compressor” ช่วยรักษารูปทรงของ Diaphragm รวมทั้งรองรับแรงดันของไหลขณะปิด-เปิดวาล์ว Diaphragm นอกจากทำหน้าที่ลิ้นวาล์วแล้วมันยังทำหน้าที่ซีลระหว่างของไหลในช่องทางการไหลกับ Bonnet เพื่อป้องกันของไหลรั่วไหลออกออกจากตัวเรือนวาล์วอีกด้วย
รูปที่ 59 ส่วนประกอบหลักๆ ของ Straight-Through Diaphragm Valve
ข้อจำกัดของวาล์วชนิดนี้จึงขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของวัสดุที่ใช้ทำ Diaphragm ว่าต้านทานต่อการกัดกร่อนทางเคมีและเชิงกลต่อชนิดของไหลและอุณหภูมิของไหลได้มากน้อยเพียงใด วัสดุที่ใช้ทำ Diaphragm ทั่วไปจะเป็นจำพวกยางธรรมชาติและพวก Elastomers (ยางสังเคราะห์ หรือ “Synthetic Rubbers”) เช่น Hypalon® , Neoprene เป็นต้น เรามักจะพบว่านิยมใช้ Diaphragm Valve กับของไหลจำพวกสารเคมีที่มีความเป็นกรดด่างสูงดังนั้นจึงมีหลักการทั่วไปว่า ยิ่ง Diaphragm ต้านทานการกัดกร่อนสารเคมีได้สูง Diaphragm ยิ่งมีความยืดหยุ่นต่ำ ความสามารถในการยืดตัวปิดช่องทางการไหลต่ำ ในทางกลับกัน ยิ่ง Diaphragm ต้านทานการกัดกร่อนสารเคมีได้ต่ำ Diaphragm ยิ่งมีความยืดหยุ่นสูง ความสามารถในการยืดตัวปิดช่องทางการไหลสูง ปิดวาล์วได้สนิทนั้นเอง
จากจุดอ่อนของ Straight-through Diaphragm Valve ผู้ผลิตวาล์วจึงคิดค้นวาล์วที่มีหลักการทำงานใหม่เพื่อแก้ไขจุดอ่อนดังกล่าว ออกแบบ Diaphragm Valve ใหม่เรียกว่า “Weir Diaphragm Valve” (ดูรูปที่ 60) โดยออกแบบให้หล่อโลหะทำเป็นสันเขื่อนภายในตัวเรือนวาล์วส่งผลให้เราใช้ Diaphragm ขนาดเล็กลงและทำให้การเคลื่อนที่ Diaphragm ระหว่างตำแหน่งปิด-เปิดสั้นลงด้วย ดังนั้นความจำเป็นที่ต้องการวัสดุที่ใช้ทำ Diaphragm มีความยืดหยุ่นสูงๆ จึงลดน้อยลงไปก็สามารถทำหน้าที่ปิดวาล์วได้สนิทตามที่ต้องการ ทำให้ลดข้อจำกัดในการเลือกใช้วัสดุทำ Diaphragm ให้สามารถเลือกใช้วัสดุได้หลากหลายชนิด
รูปที่ 60 ส่วนประกอบหลักๆ ของ Weir Diaphragm Valve
ก. Straight-through Diaphragm
ข. Weir Diaphragm
รูปที่ 61 ตัวอย่าง Diaphragm - Straight-through & Weir Diaphragm Valve
Diaphragm Valve มีให้เลือกใช้หลายขนาดและหลายชนิดวัสดุทั้งใช้งานทั่วไปและสารเคมีที่มีความกัดกร่อนสูง รวมทั้งของไหลที่ไม่ต้องการปนเปื้อนสูง เช่น ในวงการผลิตยา เครื่องดืมและอาหาร เป็นต้น ประกอบกับ Diaphragm Valve ถูกออกแบบให้ใช้ชิ้นส่วนจำนวนน้อยทำให้ง่ายต่อการซ่อมบำรุงรักษา แต่ข้อเสียคือตัววัสดุที่ใช้ทำลิ้นวาล์ว Diaphragm ซึ่งจะเป็นข้อจำกัดของวาล์วชนิดนี้เป็นปัจจัยสำคัญหลักที่ต้องพิจารณา เราไม่สามารถใช้ Diaphragm Valve กับงานของไหลในระบบท่อที่มีความดันและอุณหภูมิสูง ดังนั้นโดยทั่วไป Diaphragm Valve ทนแรงดันได้สูงสุดไม่เกิน 200 Psi และอุณหภูมิสูงสุด 300 °F สำหรับวัสดุพวก Elastomer หรือ 400 °F สำหรับวัสดุพวกพลาสติก เช่น Viton ซึ่งทนต่อการกัดกร่อนของของไหลพวกสารเคมีได้ ส่วนขนาด Diaphragm Valve โดยทั่วไปอยู่ในช่วง ½ - 12 นิ้ว
ก. Straight-through Diaphragm Valve
ข. Weir Diaphragm Valve
รูปที่ 62 ขั้นตอนการทำงาน Straight-through & Weir Diaphragm Valve
เมื่อใช้ Weir Diaphragm Valve ทำหน้าที่เป็นวาล์วหรี่ควบคุมเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหล (Throttling) จะมี Flow Characteristic อยู่ระหว่าง “Linear” กับ “Quick-Opening” โดยในช่วงก้านวาล์วเคลื่อนที่ยกเปิดถึงระยะเคลื่อนที่ 50% จากระยะเคลื่อนที่ของก้านวาล์วทั้งหมดจะเป็น Linear และให้การไหลสูงสุดเท่ากับ 70% ของการไหลเมื่อเปิดวาล์วเต็มที่ 100% แต่เมื่อหลังจากก้านวาล์วเคลื่อนที่ยกเปิดถึงระยะเคลื่อนที่เกิน 50% ขึ้นไปการไหลเพิ่มขึ้นด้วยอัตราที่น้อยมากเข้าสูงโหมด Quick-opening ดังนั้นหากต้องการใช้ Weir Diaphragm Valve ทำหน้าที่เป็นวาล์วหรี่ (Throttling) จึงควรเลือกขนาดให้ช่วงอัตราการไหลที่ต้องการควบคุมไม่เกินช่วงก้านวาล์วยกเปิดระดับถึง 50% (ให้การไหลสูงสุดเท่ากับ 70% ของการไหลเมื่อเปิดวาล์วเต็มที่ 100% และมี Flow Characteristic เป็น Linear)
4. Pinch หรือ Clamp Valve (ดูรูปที่ 63) เป็นการออกแบบวาล์วที่ง่ายที่สุดเพื่อใช้ควบคุมอัตราการไหลของท่อยางหรือวัสดุสังเคราะห์ยาง เป็นวาล์วในอุดมคติสำหรับงานที่ใช้กับของไหลที่ไม่สะอาด (Slurries) ของไหลที่มีอนุภาคของแข็งผสมอยู่หรือระบบท่อส่งจ่ายของแข็งด้วยแรงดันลม เช่น เนื้อปูนซิเมนต์ผง เป็นต้น เพราะกลไกการควบคุมการปิดเปิดไม่ต้องสัมผัสของของไหลดังกล่าวขณะทำงาน ทำให้ลดปัญหาเรื่องการทำปฏิกริยาทางเคมีกัดกร่อนหรือการกัดกร่อนเชิงกลกับชิ้นส่วนดังกล่าว ใช้งานที่มีอุณหภูมิและความดันไม่สูงมากนัก ไม่ขอลงรายละเอียดเพราะอยู่นอกเรดาร์ความสนใจเราในตอนนี้นะครับ
รูปที่ 63 Pinch or Clamp Valve
การแบ่งชนิดของวาล์วกลุ่มลิ้นวาล์วเคลื่อนที่เชิงมุม (Rotary Motion)
1. Ball Valve ลิ้นวาล์ว หรือ Flow Control Element ซึ่งมีรูปทรงลูกบอลทรงกลมเจาะรูตรงกลางแล้วนำไปติดตั้งภายในตัวเรือนวาล์ว ในการทำงานเพื่อเปิดวาล์ว ทำโดยหมุนลิ้นวาล์วรอบแกนของมันซึ่งตั้งฉากกับทิศทางการไหลจนกระทั่งรูที่เจาะตรงกลางของลูกบอลทรงกลมอยู่ในแนวเดียวกันกับทิศทางการไหลผ่านช่องทางการไหลของวาล์ว (ดูรูปที่ 64) ดังนั้นตัวลูกบอลทรงกลมจะอยู่ขวางทางไหลและสัมผัสของไหลตลอดเวลาขณะวาล์วทำงาน วาล์วจะอยู่ในตำแหน่งเปิดสุดเมื่อเปิดรูที่เจาะในลูกบอลทรงกลมได้แนวตรงกับช่องการไหล (port) ของวาล์ว (ดูรูปที่ 65)
รูปที่ 64 ส่วนประกอบหลักๆ ของ Ball Valve
รูปที่ 65 รูปแบบการเปิดของลิ้นวาล์ว ของ Ball Valve
ด้วยความเป็นสมมาตรของลูกบอลทรงกลมนี้เองทำให้การติดตั้ง Ball Valve จึงไม่ต้องระบุทิศทางการติดตั้งสามารถใช้เป็นทางเข้าออกได้ทั้ง 2 ทาง ด้วยรูปแบบของ Ball Valve ทำให้เหมะสมที่สุดสำหรับการใช้เป็นวาล์วปิด-เปิด (Starting and Stopping Flow) และใช้เป็นวาล์วทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางการไหลในระบบท่อได้ด้วย การออกแบบ Ball Valve ที่ต้องพิจารณา
1.1. Body Construction การออกแบบตัวเรือนวาล์วให้เป็นรูปแบบใดปัจจัยที่มีผลชี้ขาดคือผู้ออกแบบต้องการนำลูกบอลทรงกลมซึ่งทำหน้าที่ลิ้นวาล์วเข้าไปในตัวเรือนวาล์วอย่างไร เราจึงมาพิจารณา
1.1.1. Split Body ตัวเรือนวาล์วจะประกอบด้วย 2 ชิ้น ชิ้นหลักเรียกว่า “Body” อีกชิ้นหนึ่งเรียกว่า “Cap” (ดูรูปที่ 66) เริ่มด้วยติดตั้ง Seat Ring หรือ Body Seat, แกนหมุนวาล์ว และตัวลิ้นวาล์วลูกบอลทรงกลมให้อยู่ในฝั่งตัวเรือนที่เรียกว่า Body และติดตั้ง Seat Ring ของลิ้นวาล์วอีกชิ้นหนึ่งให้อยู่ในฝั่งตัวเรือนที่เรียกว่า Cap จากนั้นนำ Body กับ Cap มาประกอบเข้าด้วยกันด้วยหน้าแปลนพร้อมซีลกันรั่วออกภายนอกตัวเรือนวาล์ว ในกรณีวาล์วขนาดเล็กการประกอบ Body กับ Cap เข้าด้วยกันอาจใช้ระบบเกลี่ยวก็ได้ การออกแบบตัวเรือนวาล์วแบบนี้จึงมีแนวโน้มการรั่วของไหลออกนอกตัวเรือนวาล์วได้สูงในบริเวณรอยประกบต่อ Body กับ Cap
การออกแบบตัวเรือนวาล์วแบบนี้มีขนาดตั้งแต่ ½ - 36 นิ้ว รูปแบบการประกอบวาล์วเข้าระบบท่อของด้านปลายวาล์วทั้งสองจะพบเป็นหน้าแปลนสำหรับวาล์วขนาดใหญ่ และสำหรับวาล์วขนาดเล็ก ½ - 2 นิ้ว จะเป็นเกลียว
รูปที่ 66 Split Body Design ของ Ball Valve, ขนาด 3นิ้ว, Class 150, วัสดุตัวเรือนวาล์วทำด้วยเหล็กหล่อเกรด WCB, ผู้ผลิต VELAN
1.1.2. End Entry (ดูรูปที่ 67) การออกแบบตัวเรือนวาล์วแบบนี้จะคล้ายกับแบบ Split Body เพียงแต่ตัวเรือนวาล์วมีเพียงชิ้นเดียว การติดตั้งลิ้นวาล์วลูกบอลทรงกลมจึงถูกติดตั้งเข้าตัวเรือนวาล์วทางด้านปลายด้านใดด้านหนึ่งจากนั้นใช้ชุดที่เรียกว่า “Insert” ยันตัวลิ้นวาล์วให้อยู่ภายในตัวเรือน ในขณะที่ตัว Insert เองจะถูกขันเกลียวยึดติดกับตัวเรือนวาล์วอีกทีหนึ่ง การปรับระยะหรือแรงกดบนลิ้นวาล์วจึงขึ้นอยู่กับระยะเกลี่ยวที่กวดอัดของตัว Insert พบการออกแบบตัวเรือนวาล์วแบบนี้ในวาล์วขนาด ½ - 6 นิ้วด้วยรูปแบบการเชื่อมต่อระบบท่อของด้านปลายวาล์วทั้งสองเป็นหน้าแปลน และจะเป็นเกลียวในวาล์วที่มีขนาดเล็กลงขนาด ½ - 2 นิ้ว
รูปที่ 67 End Entry Design ของ Ball Valve
1.1.3. Top Entry (ดูรูปที่ 68) การออกแบบตัวเรือนวาล์วแบบนี้จะใส่ลิ้นวาล์วลูกบอลทรงกลมจากทางด้านบนของตัวเรือนวาล์ว จากนั้นติดตั้งหน้าแปลนประกบเข้ากับตัวเรือนวาล์วเพื่อป้องกันการรั่วออกจากตัวเรือนวาล์ว การออกแบบด้วยวิธีนี้มีข้อดีในเรื่องง่ายต่อการซ่อมบำรุงโดยไม่ต้องถอดวาล์วออกจากระบบท่อ ดังนั้นในกรณีต้องติดตั้งวาล์วเข้ากับระบบท่อด้วยวิธีการเชื่อมปลายวาล์วทั้ง 2 ด้าน ก็สามารถทำการเชื่อมโลหะเฉพาะตัวเรือนวาล์วเข้ากับระบบท่อให้เสร็จสิ้นจากนั้นจึงค่อยติดตั้งลิ้นวาล์วทั้งนี้ก็เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดกับซีลหรือประเก็นหรือชิ้นส่วนภายในตัววาล์วอันเนื่องจากความร้อนจากการเชื่อมโลหะ ส่วน Thrust washer ที่ถูกติดตั้งเข้ากับแกนวาล์วพร้อมระบบซีลรอบแกนวาล์วก็เพื่อป้องกันแรงดันของไหลดันลิ้นวาล์วลูกบอลแล้วส่งแรงดันต่อไปดีดแกนวาล์วให้หลุดออกไป การออกแบบวาล์วแบบ Top Entry มีขนาดใหญ่ไม่เกิน 24 นิ้วแต่ส่วนใหญโดยทั่วไปจะพบเห็นมีขนาดไม่เกิน 4 นิ้ว ด้วยการออกแบบนี้จึงทำให้มีรูปแบบการเชื่อมต่อระบบท่อของด้านปลายวาล์วทั้งสองเป็นได้ทั้งหน้าแปลน (Flange), เกลียว (Thread), Socket-Weld และ Butt-Weld
.jpg)
รูปที่ 68 Top Entry Design ของ Ball Valve
1.1.4. 3-Piece ตัวเรือนวาล์วถูกออกแบบให้สามารถแยกออกเป็น 3 ชิ้น ประกอบด้วยส่วนที่เป็นตัวเรือนเรียกว่า “Body” 1 ชิ้น และส่วนปิดหัวปิดท้ายตัวเรือน 2 ชิ้น เรียกว่า “Cap” การประกอบเข้าด้วยกันใช้วิธี Bolts & Nuts รอยทะลุทั้ง 3 ชิ้น (ดูรูปที่ 69) ในกรณีที่วาล์วมีขนาดใหญ่จะเปลี่ยนจาก Bolts เป็น Studs แทนพร้อมติดตั้งซีลกันรั่วตามแนวประกบตัวเรือนทั้ง 3 ชิ้นเข้าด้วยกัน ข้อดีสำหรับการออกแบบนี้คือเหมาะกับงานที่ไม่ต้องการติดตั้งวาล์วด้วยการเชื่อมโลหะ อีกทั้งสะดวกต่อการซ่อมบำรุง สำหรับข้อเสียก็คงไม่พ้นรอยรั่วตามแนวประกอบของตัวเรือนวาล์วนั้นเอง พบตัวเรือนวาล์วแบบนี้ได้ในวาล์วที่มีขนาดตั้งแต่ ½ - 36 นิ้วด้วยรูปแบบการประกอบเข้ากับระบบท่อของด้านปลายวาล์วทั้งสองเป็นได้ทั้งหน้าแปลน (Flange), เกลียว (Thread), Socket-Weld และ Butt-Weld
รูปที่ 69 ชนิด 3-Piece Design ของ Ball Valve
1.2. การออกแบบลิ้นวาล์วลูกบอลทรงกลม (Ball Design) การออกแบบลิ้นวาล์วลูกบอลทรงกลมมี 2 หลักการใหญ่ๆ คือ
1.2.1. ขนาดช่องทางการไหล (Port Size) ของลิ้นวาล์วสามารถแบ่งย่อยได้ 3 รูปแบบคือ
1.2.1.1. Full Port มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องทางการไหลเท่ากับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของวาล์ว และมีขนาดใกล้เคียงกับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนในระบบท่อที่มีขนาดและชั้นทนแรงดันเท่ากัน ทำให้มีความสูญเสียแรงเสียดทานของไหลเมื่อไหลผ่านช่องทางการไหลแบบนี้ต่ำมาก (ดูรูปที่ 70 ซ้ายมือ) แต่มีปัญหาในการจัดสร้างและใช้กับตัวเรือนวาล์วทุกชนิดไม่ได้ ในขณะเดียวกันทำให้วาล์วที่มีลิ้นวาล์วแบบ Full Port มีขนาดใหญ่มากและมีระยะหัวท้ายวาล์วที่ยาวมากเมื่อเทียบกับลิ้นวาล์วชนิดอื่น ช่องทางการไหลแบบ Full Port เหมาะสำหรับการใช้ในด้านต่างๆ โดยเฉพาะการทำถังตวงแบบมาตราโดยเฉพาะเพราะไม่มีแอ่งเว้าให้ของไหลค้างหลงเหลืออยู่ในวาล์วเพราะหากมีแอ่งเว้าของไหลอาจสะสมอยู่ในแต่ละครั้งไม่เท่ากันส่งผลให้ผลการสอบเทียบไม่น่าเชื่อถือ
1.2.1.2. Regular Port (Standard Port) มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องทางการไหลเล็กกว่าแบบแรก Full Port อยู่ในช่วงประมาณ 75-90% ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง Full Port เพื่อแลกมาซึ่งขนาดและน้ำหนักวาล์วลดลง โดยเฉพาะระยะหัวท้ายวาล์วที่ลดลงส่งผลให้สามารถติดตั้งทดแทนกับ Gate Valve ที่มีขนาดเท่ากัน
1.2.1.3. Reduced Port มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องทางการไหลเล็กกว่าแบบแรก Full Port อยู่ในช่วงประมาณ 60% ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง Full Port พบในวาล์วขนาดเล็ก (ดูรูปที่ 70 ขวามือ และ รูปที่ 72) และมีระยะติดตั้งในระบบท่อจำกัด
.JPG)
รูปที่ 70 เปรียบเทียบขนาดช่องทางการไหล Full Port กับ Reduced Port
รูปที่ 71 ช่องทางการไหล Full Port, Reduced Port และ Venturi Port
รูปที่ 72 One-piece Reduced Port
1.2.1.4. V-Port มีช่องทางเข้าไหลในลิ้นวาล์วเป็รูปตัว “V” (ดูรูปที่ 73 และรูปที่ 74) เพื่อใช้ในวาล์วควบคุมอัตราการไหล วาล์วตัวนี้น่าสนใจมากทีเดียว
รูปที่ 73 V-Port ของลิ้นวาล์วของ Ball Valve
รูปที่ 74 V-Port Ball Valve
1.2.2. ลักษณะการยึดจับลิ้นวาล์ว (Manner of Ball Support) แบ่งย่อยได้ 2 ลักษณะยึดจับลิ้นวาล์วลูกบอลภายในตัวเรือนวาล์ว
1.2.2.1. Floating-Ball Design การยึดลิ้นวาล์วในตัวเรือนวาล์วใช้เพียง Body Seats เป็นตัวประกบลิ้นวาล์วหน้าหลังทางเข้าออกวาล์ว โดยมีแกนวาล์วเสียบเข้าลิ้นวาล์วจากด้านบนเพื่อหมุนลิ้นวาล์ว ดังนั้นเมื่อหมุนแกนวาล์วจะทำให้ลิ้นวาล์วลูกบอลหมุนหรือลอยตัวนั้นเองเพราะไม่มีชิ้นส่วนใดประคองหนุนบริเวณใต้ลิ้นวาล์วแต่อย่างใด (ดูรูปที่ 64, รูปที่ 67 และ รูปที่ 68) ขณะวาล์วทำงานเมื่อหมุนลิ้นวาล์วไปอยู่ในตำแหน่งปิด ของไหลซึ่งมีแรงดันและอัดอยู่ด้านทางเข้าวาล์วอยู่นั้นจะอัดลิ้นวาล์วให้ยิ่งแนบสนิทกับ Body Seat ที่อยู่ทางด้านตรงข้ามหรือด้านทางออกวาล์ว (ดูรูปที่ 75)
รูปที่ 75 แรงกระทำต่อลิ้นวาล์วลูกบอลที่ติดตั้งในรูปแบบ Floating-Ball Design ใน One-Piece Reduced Port (ของไหลแรงดันสูงอยู่ทางซ้ายมือ)
1.2.2.2. Trunnion-Mounted Ball Design (ดูรูปที่ 76) ตัวลิ้นวาล์วลูกบอลทรงกลมจะถูกออกแบบให้มีเพลาหรือขอบนูนต่อยื่นออกมาจากตัวลูกบอลทรงกลมทั้ง 2 ด้านคือด้านบนกับด้านล่างพร้อมทั้งเป็นเนื้อเดียวกับลูกบอล เราเรียกลักษณะเพลาบนลิ้นวาล์วลูกบอลนี้ว่า “Trunnion” (ดูรูปที่ 77 ขวามือ) จากนั้นทำการติดตั้งแบริงบนปลายเพลาทั้ง 2 ของลิ้นวาล์วลูกบอลยึดเข้ากับตัวเรือนวาล์วหรือใช้เป็นสลักสอดเข้าในขอบนูน ทำให้ลิ้นวาล์วถูกยึดเข้ากับตัวเรือนวาล์วมั่นคงแข็งแรงไม่เคลื่อนที่ตามของไหลที่มากระทำต่อลิ้นวาล์วให้ไปเบียดอัดกับ Body Seat ด้านตรงข้ามเช่นเดียวกับแบบ Floating-Ball Design อีกต่อไป ดังนั้นการซีลป้องกันการรั่วไหลของไหลผ่านตัววาล์วขณะปิดวาล์วจะดีมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับการออกแบบ Body Seats การออกแบบลิ้นวาล์วแบบนี้ส่วนใหญ่จะใช้ร่วมกับการออกแบบตัวเรือนวาล์วแบบ Split Body ต่างกับการออกแบบลิ้นวาล์วแบบ Floating-Ball Design ซึ่งใช้ร่วมกับรูปแบบตัวเรือนหลายชนิดได้ ข้อดีของลิ้นวาล์ว Trunnion-Mounted Ball Design ก็คือใช้แรงบีดแกนวาล์วไม่มากในการปิด-เปิดวาล์วดังนั้นจึงพบและใช้งานในวาล์วที่มีขนาดใหญ่และคู่กับตัวเรือนวาล์วแบบ Split Body
รูปที่ 76 Trunnion-mounted Ball Design
รูปที่ 77 Trunnion Balls
1.3. Seat Design ความแตกต่างของการออกแบบซีลลิ้นวาล์วขึ้นอยู่กับการเลือกใช้วัสดุที่ใช้ทำ จึงพอแบ่งเป็น 2 แบบ
1.3.1. Soft Seat ซีลลิ้นวาล์วทำด้วยวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ พวกวัสดุ Elastomeric เช่น TFE, Nylon, Buna-N, Neoprene, PFA หรือ PEEK ให้ผลการซีลป้องกันการรั่วได้ดีเยี่ยม แบ่งย่อยออกไปอีก 2 ลักษณะคือ “Jam Seat” และ “Flexible Seat” สำหรับ Jam Seat เป็น Resilient Seat Ring ที่วางแนบเข้ารูปทั้งบนตัวเรือนวาล์วและลิ้นวาล์ว โดยได้รับแรงอัดแรกเริ่มตอนประกอบติดตั้งจากลิ้นวาล์วลูกบอลแต่เนื่องจากวัสดุ Resilient Seat Ring มีช่วงการเปลี่ยนแปลงรูปร่างแล้วกลับคืนตัวหรือมี “ช่วง Elasticity” ที่ค่อนข้างแคบทำให้เมื่อใช้งานในระบบท่อที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดันแล้ววัสดุดังกล่าวจะเสียรูปไม่คืนตัวรวมทั้งคุณสมบัติการซีลของวัสดุลดลงไปทันที
รูปที่ 78 Flexible Lip Seat
ในขณะที่ตัวเรือนวาล์วซึ่งเป็นโลหะมีอัตราการขยายตัวอันเนื่องจากความร้อน (Thermal Expansion) มากกว่าวัสดุ Resilient Seat Ring ก็ยิ่งสร้างระยะช่องว่างระหว่างตัวเรือนกับตัวซีลเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังทำให้แรงอัดแรกเริ่มตอนประกอบติดตั้งจากลิ้นวาล์วกดลงบนตัวซีลหายไปเป็นปัจจัยเพิ่มเข้าไปอีก สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นสาเหตุทำให้วาล์วรั่วจนไม่สามารถทำหน้าที่ของความเป็นวาล์วได้ เราจึงพบซีลแบบนี้ในวาล์วขนาดเล็กและใช้งานอุณหภูมิความดันปกติ ข้อเสียและข้อจำกัดการใช้งาน “Jam Seat” จึงถูกแก้ไขด้วยการออกแบบซีลใหม่ เรียกว่า“Flexible Seat” ซึ่งแบ่งย่อยลงไปอีกคือ “Lip” และ “Arch-shaped” (ดูรูปที่ 78)
1.3.2. Metal Seat ซีลลิ้นวาล์วทำด้วยวัสดุโลหะ เช่น Stainless steel, Tungsten carbine, Monel เป็นต้น (ดูรูปที่ 79) การเลือกใช้วัสดุในการออกแบบซีลขึ้นอยู่กับการใช้งานและความต้องการ Soft Seat ให้ผลการซีลได้ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับ Metal Seat แต่มีปัญหาเรื่องการใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ไม่ดีเท่า Metal Seat ดังนั้น Metal Seat จึงใช้กับงานที่มีอุณหภูมิและความดันสูงหรือสภาพที่มีความกัดกร่อน (Corrosion) และกัดกร่อนเชิงกล (Erosion) ได้ดี ส่วนการชดเชยคุณสมบัติเพื่อให้สู้กับ Soft Seat ได้จึงนำสปริงมาใช้ดัน Metal Seat เพื่อรักษาแรงกดบนผิวหน้าสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Rings รวมทั้งรักษาแรงกดบนผิวหน้าสัมผัสระหว่าง Seat Rings กับตัวเรือนวาล์วให้คงที่มากที่สุด โดยเฉพาะ Ball Valve ที่มีลิ้นวาล์วแบบ Trunnion-Mounted Ball ยังต้องเพิ่มการติดตั้งสปริงเข้ากับ Metal Seat Rings ทั้ง 2 ด้านของลิ้นวาล์วทั้งนี้ก็เพราะตัวลิ้นวาล์วถูกติดตั้งให้อยู่กับที่นั้นเอง แต่สำหรับลิ้นวาล์วแบบ Floating Ball ต้องติดตั้งสปริงเข้ากับ Metal Seat Ring เพียงตัวเดียวก็ได้คือตัวทางเข้าวาล์วเพื่อการให้ตัวได้ของ Seat Ring เมื่อลิ้นวาล์วลูกบอลเคลื่อนที่ (ดูรูปที่ 75) นอกจากนี้ยังมีข้อควรระวังอีกจุดหนึ่งนั้นคือบริเวณพื้นที่สัมผัสระหว่าง Metal Seat กับตัวเรือนวาล์วเพราะเป็นการสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะทำให้โอกาสรั่วของของไหลมีสูงวิธีการแก้ไขก็คือติดตั้งซีลระหว่างผิวสัมผัสดังกล่าวโดยหากต้องใช้ของไหลอุณหภูมิไม่สูงก็สามารถวัสดุจำพวกเดียวกับ Soft Seat ได้ แต่ถ้าหากต้องใช้กับของไหลที่มีอุณหภูมิสูง Graphite หรือ Flexible Metal Ring จะถูกนำมาใช้แทนและจะทำหน้าที่เสมือนสปริงอีกชุดหนึ่งด้านหลัง Metal Seat นั้นเอง
รูปที่ 79 Metal Seat ใน Ball Valve
1.4. การใช้งาน Ball Valve พบว่า Ball Valve ถูกนำไปใช้งานเป็นวาล์วปิด-เปิดเป็นส่วนใหญ่ ด้วยเหตุที่ว่า
· เมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่งเปิด จะไม่มีส่วนใดขวางช่องทางการไหลทำให้มีค่าความเสียดทานการไหลต่ำ อีกทั้งสามารถนำไปใช้งานกับของไหลไม่สะอาด หรือมีสารแขสลอย หรือพวกสิ่งสกปรกได้
· มีให้เลือกขนาดใช้มากมายตั้งแต่ ½ -36 นิ้ว, ชั้นทนแรงดันจาก Vacuum จนถึง 2500 Psi, ชนิดวัสดุหลากหลายทั้งทองเหลือง, โลหะอัลลอย์, Bronze แต่ไม่นิยมทำ Ball Valve จากเหล็กหล่อ นอกจากนี้ยังทนอุณหภูมิได้สูงขึ้นกับการเลือกใช้วัสดุทำวาล์ว
· เป็นวาล์วที่เหมาะกับการใช้งานที่ต้องปิด-เปิดบ่อยเนื่องจากหมุนวาล์วเพียง 90 องศาในการปิด-เปิดแต่ละครั้ง และใช้แรงหมุนก้านวาล์วในการปิด-เปิดต่ำ
· สำหรับวาล์วที่ออกแบบช่องทางการไหลแบบ Full Port จะมีขนาดใหญ่มากและระยะระหว่างปลายวาล์วทั้ง 2 ด้านกว้างทำให้ต้องใช้ระยะการติดตั้งในระบบท่อมากเมื่อเทียบกับวาล์วชนิดอื่นที่มีขนาดเดียวกัน
· Ball Valve สามารถถูกใช้งานทำหน้าที่ควบคุมเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหล (Throttling) ได้เช่นกัน โดยจะมีคุณสมบัติรูปแบบ “Valve Flow Characteristic” ในระหว่างรูปแบบ “Equal Percentage” สำหรับ Ball Valve แบบปกติทั่วไปจะมีคุณสมบัติการควบคุมปริมาณการไหลหรือหรี่วาล์วค่อนข้างต่ำ จำเป็นต้องใช้ลิ้นวาล์ว Ball Valve แบบ V-Port (ดูรูปที่ 73) จะเหมาะและดีกว่า
· รองรับอัตราการไหล (Flow Capacity) ได้สูง โดยทั่วไปจะรองรับอัตราการไหลได้สูงกว่า Globe Valve ประมาณ 2-3 เท่า
· ไม่เหมาะกับของไหลที่มีความเป็นสารขัดหยาบเพราะในช่วงที่ Ball Valve ไม่เปิดเต็มที่ Seat Rings ด้านทางออกของวาล์วจะสัมผัสโดยตรงกับของไหลซึ่งทำให้ของไหลซึ่งมีความเป็นสารขัดหยาบอยู่ในตัวสร้างความเสียหายให้กับ Seat Rings (ดูรูปที่ 65)
· ราคาไม่แพง และมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่ำ
2. Butterfly Valve ในเบื้องต้น Butterfly Valve ถูกออกแบบบนพื้นฐานของตัวหน่วงการไหลภายในท่อ หรือ “Pipe Damper” สำหรับลิ้นวาล์ว หรือ Flow Control Element มีรูปร่างเป็นแผ่นทรงกลมถูกติดตั้งภายในตัวเรือนวาล์วโดยมีแกนหมุนที่ถูกติดตั้งให้ตั้งฉากกับพื้นหรือขนานกับพื้น เมื่อลิ้นวาล์วหมุนรอบแกนซึ่งเป็นทั้งแกนของลิ้นวาล์วมันเองกับแกนหมุนกลไกการหมุนลิ้นวาล์วซึ่งเป็นแกนตั้งฉากกับทิศทางการไหลของไหลผ่านช่องทางการไหลของวาล์ว (Port) ในการทำหน้าที่ปิด-เปิดหรือหรี่วาล์ว ด้วยเหตุนี้ลิ้นวาล์วจึงสัมผัสของไหลตลอดเวลา (ดูรูปที่ 80) เมื่อลิ้นวาล์วหมุนเพื่อเปิดวาล์วนั้นลิ้นวาล์วจะทำหน้าที่แบ่งแยกของไหลออกเป็น 2 ส่วนรอบๆ ลิ้นวาล์วซึ่งเป็นแผ่นทรงกลมที่สมมาตร จากลักษณะการติดตั้งและการทำงานของลิ้นวาล์วดังกล่าวจึงไม่ต้องระบุทิศทางในการติดตั้งวาล์วเข้ากับระบบท่อสามารถใช้เป็นทางเข้าออกได้ทั้ง 2 ทาง ในกรณีที่แกนลิ้นวาล์วเยื้องศูนย์กับแกนหมุนลิ้นวาล์ว (ดูรูปที่ 84) ในการทำงานนั้นการติดตั้งต้องมีการระบุทิศทางเข้า-ออกอย่างชัดเจน
รูปที่ 80 Line Butterfly Valve
รูปที่ 81 รูปแบบการเปิดของลิ้นวาล์ว ของ Butterfly Valve
จากหลักการทำงานของ Butterfly Valve จึงอาจมีชื่อเล่นว่า “Quarter-Turn Valve” อีกชื่อหนึ่งทั้งนี้เพราะตัวลิ้นวาล์วหมุนจากตำแหน่งเปิดสุดไปยังตำแหน่งปิดสุดเพียง 90 องศานั้นเอง โดยทั่วไปเราจะพบรูปแบบ Butterfly Valve 2 รูปแบบด้วยกันคือ
2.1. Lined Butterfly Valve ดูรูปที่ 80 ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลัก 3 ส่วนคือ ตัวเรือนวาล์ว (Body) จัดสร้างอยู่ในรูปวงแหวนโลหะรูปทรงง่ายๆ โดยมี Lug (อาจเป็นหน้าแปลนรูปแบบอื่นๆก็ได้) บนตัวเรือนวาล์วเพื่อใช้ในการประกอบเข้ากับระบบท่อ, ลิ้นวาล์ว (Disc) มีลักษณะแผ่นทรงกลมที่มีแกนกลางเป็นแกนเดียวกับแกนหมุนของลิ้นวาล์ว โดยปลายของแกนหมุนทั้งบนล่างจะร้อยทะลุส่วนเคลือบที่อยู่บนตัวเรือนวาล์ว ตัวเรือนวาล์วเป็นตัวประคองรองรับและยึดแกนหมุนดังกลางทั้งบนล่างของลิ้นวาล์ว สำหรับแกนหมุนในส่วนด้านบนจะร้อยทะลุตัวเรือนวาล์วออกไปเชื่อมติดกับแกนด้ามจับมือหมุนวาล์วซึ่งโดยปกติแล้วทิศทางของด้ามจับมือหมุนลิ้นวาล์วกับตัวแผ่นลิ้นวาล์วจะอยู่ในแนวทิศเดียวกันเพื่อสะดวกกับการสังเกตุตำแหน่งปิด-เปิดวาล์ว ด้ามจับมือหมุนจะถูกออกแบบให้มีที่ล็อกทุกๆ 10 องศาเพื่อสะดวกกับการใช้งาน ในขณะที่ลิ้นวาล์วจะถูกเคลือบด้วยวัสดุที่ไม่ใช่โลหะด้วยเช่นกัน ส่วนประกอบส่วนสุดท้ายของ Line Butterfly Valve คือส่วนเคลือบภายในตัวเรือน (Non-Metallic Body Liner) เป็นวัสดุไม่ใช่โลหะ เช่น Buna-N, EPT หรือ TFE เป็นต้น ในการออกแบบอาจออกแบบให้สารเคลือบดังกล่าวเคลือบติดถาวรกับตัวเรือนวาล์วหรือทำการฝังลงในร่องที่ถูกเซาะภายในตัวเรือนวาล์ว หรือ ฯลฯ แต่ไม่ว่าจะออกแบบอย่างไรสารเคลือบภายในตัวเรือนวาล์วต้องทำหน้าที่ต่อไปนี้
· ทำหน้าที่เป็นซีล (Body Seat) รองรับลิ้นวาล์ว โดยออกแบบให้บริเวณวงตรงกลางสุดนูนขึ้นมารับกับลิ้นวาล์วเพื่อให้เกิดการบดอัดซีลให้สนิทระหว่างลิ้นวาล์วกับ Body Seat เพื่อป้องกันการรั่วซึมของไหลจากด้านลิ้นวาล์วด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งภายในตัวเรือนวาล์ว (ดูรูปที่ 82)
รูปที่ 82 Sealing structure of centered seal butterfly valve
· ทำหน้าที่ซีลแกนหมุนของลิ้นวาล์วทั้ง 2 ปลายด้านที่ร้อยทะลุส่วนเคลือบในตัวเรือนวาล์วเพื่อป้องกันการรั่วซึมออกไปจากภายนอกตัวเรือนวาล์ว
รูปที่ 83 ตัวอย่างส่วนเคลือบภายในตัวเรือน (Non-Metallic Body Liner)
Lined Butterfly Valve ก็มีข้อด้อยในบางด้านด้วยเช่นกัน นั้นคือการซ่อมบำรุงรักษาซีลระหว่างลิ้นวาล์วกับตัวเคลือบภายในตัวเรือนวาล์วบริเวณปลายแกนหมุนของลิ้นวาล์วเนื่องจากเป็นบริเวณที่มีการเสียดสีอยู่เป็นประจำทุกครั้งที่เราหมุนลิ้นวาล์ว ในขณะเดียวกันไม่สามารถสร้างแรงบดอัดระหว่างลิ้นวาล์วกับตัวเคลือบภายในตัวเรือนวาล์วให้สูงมากเพียงพอต่อการใช้งานที่มีความดันของไหลสูงๆ ได้ดังนั้นวาล์วชนิดนี้จึงเหมาะสมกับการใช้งานที่ความดันไม่สูงมากนัก และที่สำคัญคือส่วนเคลือบภายในตัวเรือน (Non-Metallic Body Liner) ซึ่งเป็นวัสดุไม่ใช่โลหะจึงไม่สามารถทนทานอุณหภูมิใช้งานสูงมากนัก (ดูรูปที่ 83) เบ็ดเสร็จก็คือใช้งานที่อุณหภูมิและความดันที่ไม่สูงนั้นเอง
2.2. High-Performance Butterfly Valve (ดูรูปที่ 84) เป็นวาล์วที่ออกแบบเพื่อกำจัดข้อด้อยของวาล์ว Lined Butterfly Valve คือซีลสึกหรอกับซีลรั่ว อีกทั้งจัดให้มี Metal Seat เพื่อทดแทนส่วนเคลือบภายในตัวเรือน (Non-Metallic Body Liner) High-Performance Butterfly Valve ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลัก 3 ส่วน คือ ตัวเรือนวาล์ว (Body) ซึ่งจัดสร้างเช่นเดียวกับ Lined Butterfly Valve เพียงแต่มีการกลึงขึ้นรูปเพื่อติดตั้ง Body Seat หรือ Seat Ring บนตัวเรือนวาล์ว ประกอบกับจัดทำรูปแบบการประกอบเชื่อมต่อเข้ากับระบบท่อของด้านปลายวาล์วทั้งสองเป็น Lug, Wafer หรือหน้าแปลน (Flange) ก็พบได้ ส่วนประกอบที่สอง Seat Ring และส่วนประกอบที่สาม คือ ลิ้นวาล์ว (Disc) ยังคงมีลักษณะแผ่นทรงกลมสมมาตรเช่นเดิมเพียงแต่ออกแบบให้มีสภาวะการเยื้องศูนย์ (Off-Set หรือ Eccentric) ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางตัวแผ่นลิ้นวาล์ว, แกนหมุนของลิ้นวาล์ว, เส้นผ่านศูนย์กลางตัวเรือนวาล์ว และหน้าสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Ring โดยออกแบบให้แกนหมุนอยู่ในแนวด้านหลังลิ้นวาล์วในแนวขนานกับแกนลิ้นวาล์ว ดูรูปที่ 84 ผลที่ตามมาคือเกิดการเยื้องศูนย์ 3 รูปแบบ คือ
รูปที่ 84 High-performance Butterfly Valve
· รูปแบบแรก “Single Eccentric” คือติดตั้งลิ้นวาล์ให้เยื้องศูนย์โดยมีระยะเยื้องศูนย์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางแกนเพลาหมุนลิ้นวาล์ว (Shaft Centre Line) กับเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางตัวแผ่นลิ้นวาล์ว (Disc Trunnion Centre Line) ส่งผลให้มีการเยื้องศูนย์ระหว่างผิวหน้าสัมผัสของลิ้นวาล์วกับ Seat Ring ทำให้มีการซีล 360 องศารอบลิ้นวาล์วซึ่งเป็นแผ่นทรงกลม (ดูรูปที่ 85)
รูปที่ 85 การเยื้องศูนย์ของลิ้นวาล์ว 1 ระยะเยื้อง (Single Eccentric Bearing of the Butterfly Disc)
· รูปแบบที่สอง “Double Eccentric” คือติดตั้งลิ้นวาล์วให้เยื้องศูนย์มี 2 ระยะเยื้อง ระยะเยื้องที่หนึ่งเป็นระยะเยื้องศูนย์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางแกนเพลาหมุนลิ้นวาล์ว (Shaft Centre Line) กับเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางแผ่นลิ้นวาล์ว (Disc Trunnion Centre Line) ระยะเยื้องที่สองคือเยื้องศูนย์ด้านข้างระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางแกนตัวเรือนวาล์ว (Body Centre Line) กับเส้นผ่านศูนย์กลางตัวแผ่นลิ้นวาล์ว (Disc Centre Line) บวกกับการออกแบบให้ผิวสัมผัสรอบลิ้นวาล์วเป็นลิ่ม (Tapper) ทำให้การหมุนลิ้นวาล์วให้ผิวสัมผัสรอบลิ้นวาล์วอัดเข้ากับ Seat Ring เมื่อปิดวาล์วรวมทั้งการหมุนลิ้นวาล์วแยกผิวสัมผัสรอบลิ้นวาล์วออกจาก Seat Ring เมื่อเปิดวาล์วเรียบเนียน โดยการเคลื่อนที่แกนหมุนกับลิ้นวาล์วขณะเคลื่อนที่เข้าหา Seat Ring เสมือนการเคลื่อนตัวของลูกเบี้ยว (Cam) ที่ตำแหน่งปลายสุดของลูกเบี้ยวเป็นตำแหน่งปิด-เปิดวาล์วนั้นเอง (ดูรูปที่ 86) ผลที่ได้คือลดการสึกหรอของผิวหน้าสัมผัสระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Ring อีกทั้งใช้แรงในการหมุนแกนลิ้นวาล์วน้อยลง
รูปที่ 86 การเยื้องศูนย์ของลิ้นวาล์ว2 ระยะเยื้อง (Double Eccentric Bearing of the Butterfly Disc)
· รูปแบบที่สาม “Triple Eccentric” คือติดตั้งลิ้นวาล์ให้เยื้องศูนย์มี 3 ระยะเยื้อง เพิ่มระยะเยื้องจากรูปแบบที่ 2 Double Eccentric อีกหนึ่งระยะเยื้องคือ ระยะเยื้องที่สามเป็นระยะเยื้องในการซีลลิ้นวาล์ว (the eccentric in the sealing) เป็นมุมที่เกิดจากการลากเส้นสมมุติของจุดตัดหน้าสัมผัสการซีลทั้งบนและล่างมาตัดกันจากนั้นลากจากจุดตัดดังกล่าวไปยังเส้นผ่านศูนย์กลางตัวเรือนวาล์ว (Body Centre Line) จะได้ระยะเยื้องศูนย์ของมุม ดังในรูปที่ 87
รูปที่ 87 การเยื้องศูนย์ของลิ้นวาล์ว 3 ระยะเยื้อง (Triple Eccentric Bearing of the Butterfly Disc)
นอกจากนี้ยังมีการออกแบบปรับปรุงเพิ่มเติมปรับเปลี่ยนรูปร่างและโครงร่างของลิ้นวาล์วเพื่อลดแรงบิดผันแปร (Dynamic Torque) และแรงต้าน (Drag) ในขณะที่เพิ่มหรือสามารถรับแรงดันตกคร่อมวาล์ว (Valve Pressure Drop) ได้สูงขึ้น
ปลายแกนหมุนลิ้นวาล์วจะติดตั้ง Spacer เพื่อยกลิ้นวาล์วให้อยู่ในตำแหน่งระดับที่ต้องการระหว่างลิ้นวาล์วกับช่องทางไหลในตัวเรือนวาล์วให้ได้แนวระดับเดียวกันโดยปลายสุดของแกนลิ้นวาล์วอาจติดตั้งลูกปืนแบริ่งเพื่อลดแรงเสียดทานทำให้ต้องจัดวิธีการซีล Spacer กับแกนลิ้นวาล์วไม่ให้ของไหลรั่วลงมาสัมผัสโดนแบริ่งด้านล่าง ส่วน spacer ด้านบนแกนหมุนลิ้นวาล์วอาจติดตั้ง Stuffing Box, Packing Gland และ Glade Flange เพื่อบีบอัดซีลที่พันอยู่รอบแกนลิ้นวาล์วใน Stuffing Box ขณะลิ้นวาล์วหมุนทำงานเพื่อป้องกันของไหลรั่วออกไปภายนอกตัวเรือนวาล์ว (ดูรูปที่ 84) สำหรับ Seat Ring อาจทำด้วยวัสดุโลหะ (Metal Set) หรือไม่ใช่โลหะซึ่งปกติจะอ่อนนุ่มกว่าหรือที่เรียกว่า “Soft Seat” ลิ้นวาล์วประเภทหลังจะให้ตัวมากกว่าและสร้างสภาวะซีลระหว่างลิ้นวาล์วกับ Seat Ring ได้สนิทสมบูรณ์กว่าซีลทำด้วยโลหะประกอบกับการออกแบบให้ผิวหน้าสัมผัสของลิ้นวาลวาล์วเป็นลิ่ม (Tapered Disc) ทำให้ความดันของไหลที่อยู่ด้านทางเข้าช่วยกดอัด Seat Ring ให้ยิ่งแนบสนิทกับลิ้นวาล์วได้ดียิ่งขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสภาวะซีลของวาล์ว ด้วยเหตุนี้วาล์วชนิดนี้จึงสามารถนำไปใช้งานได้ที่ความดันสูงๆ กว่า Lined Butterfly Valve สำหรับวาล์วชนิดนี้จะพบได้ในขนาดตั้งแต่ 2 – 72 นิ้ว และชั้นทนแรงดันได้สูง 1500 Psi สำหรับ Soft Seat และ 2500 Psi สำหรับ Metal Seat รองรับของไหลอุณหภูมิตั้งแต่ 50 – 500 °F สำหรับ Soft Seat เช่น TFE และได้สูงกว่า 1000 °F สำหรับ Metal Seat เช่น Stainless Steel เป็นต้น
2.3. การใช้งาน High-Performance Butterfly Valve โดยปกติถูกใช้ควบคุมเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหลหรือวาล์วหรี่ (Throttling) เป็นหลักแต่สามารถใช้เป็นวาล์วปิด-เปิด ได้เช่นกัน สำหรับ Lined Butterfly Valve ซึ่งมีลักษณะของลิ้นวาล์วปกติโดยทั่วๆไปจะสะท้อนรูปแบบการเปลี่ยนแปลงการไหลของไหลเทียบกับตำแหน่งระยะหมุนของลิ้นวาล์วขณะทำงานหรือที่เรียกว่า “Valve Flow Characteristic” ในรูปแบบ Equal Percentage นั้นคือเมื่อช่วงเริ่มต้นเมื่อลิ้นวาล์วเปิดเล็กน้อยของไหลจะไหลผ่านวาล์วปริมาณน้อยและการเปลี่ยนตำแหน่งของลิ้นวาล์วมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงอัตราการไหลน้อย ในทางกลับกัน เมื่อวาล์วเปิดถึงช่วงระยะหนึ่งที่มากพอจะพบว่าการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งเปิดของลิ้นวาล์วที่เพิ่มขึ้นเท่ากันจะทำให้อัตราการไหลเปลี่ยนแปลงในปริมาณสัดส่วนที่มาก ทำให้การควบคุมการไหลในช่วงวาล์วเปิดมากนี้ทำได้ไม่ดี พบว่าลิ้นวาล์วของ Lined Butterfly Valve หมุนเปิดได้สูงสุดได้ไม่เกิน 60 องศาเท่านั้นเอง
ในส่วน High-Performance Butterfly Valve มีรูปแบบ “Valve Flow Characteristic” ในระหว่างรูปแบบ Equal Percentage กับรูปแบบ Linear ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงการไหลจึงไม่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนระยะการหมุนตลอดช่วงการหมุนเปลี่ยนตำแหน่งของลิ้นวาล์วอย่างที่ควรเป็นในรูปแบบ Linear ในขณะเดียวกันการเปลี่ยนแปลงการไหลเมื่อลิ้นวาล์วหมุนด้วยระยะเท่าๆกันการปลี่ยนแปลงการไหลก็ไม่ได้เพิ่มขึ้นในสัดส่วนที่มากเหมือนอย่างรูปแบบที่ควรเป็นของรูปแบบ Equal Percentage ด้วยเหตุนี้ทำให้วาล์วชนิดนี้ปรับเปลี่ยนการไหลได้ตลอดช่วงการหมุนลิ้นวาล์ว 90 องศา
สำหรับในภาพรวม Butterfly Valve ข้อดี คือ
· มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับวาล์วชนิดหรือรูปแบบอื่นๆ และมีขนาดถึง 72 นิ้ว ดังนั้นหากระบบท่อของไหลอุณหภูมิไม่สูงและความดันปานกลางสำหรับระบบท่อใหญ่ๆ แล้ว Butterfly Valve ช่วยแก้ไขปัญหาชีวิตผู้ออกแบบระบบท่อได้ทีเดียว
· ด้วยรูปแบบการประกอบเชื่อมต่อระบบท่อของด้านปลายวาล์วทั้งสองเป็นแบบ Wafer และ Lug ทำให้ขนาดวาล์วแคบมาก ส่งผลให้มีน้ำหนักเบา ราคาถูกเมื่อเทียบกับวาล์วชนิดอื่นที่มีขนาดวาล์วเดียวกัน
· เหมาะกับงานที่ต้องปิด-เปิดวาล์วบ่อย และทำงานได้คล่องตัวเพราะหมุนวาล์วเพียง 90 องศาในการปิด-เปิด
· สามารถใช้งานกับของไหลสกปรก และ Slurries เนื่องจากตัววาล์วมีแอ่งเว้าในตัวเรือนวาล์วน้อยจึงไม่เป็นที่กักเก็บและสะสมอนุภาคแขวนลอยซึ่งอยู่ในของไหล หากเคลือบลิ้นวาล์วด้วยสารที่เหมาะสม (Resilient Material) เราสามารถใช้งานวาล์วชนิดนี้กับของไหลสกปรกและหากมีอนุภาคที่ปนเข้ามาเป็นอนุภาคที่มีความแข็งแรง (Abrasive Material) ลิ้นวาล์วจะสามารถทนการเสียดสีและทนทานต่อการสึกกร่อนจากอนุภาคดังกล่าวได้
แล้วข้อด้อยละมีอะไรบ้าง เราพบว่าไม่มีการผลิต Butterfly Valve ขนาดเล็กกว่า 2 นิ้วโดยเฉพาะ Lined Butterfly Valve ยิ่งมีข้อจำกัดการใช้งานในด้านอุณหภูมิและความดันที่ต่ำ ในขณะที่ High-Performance Butterfly Valve ที่ติดตั้ง Soft Seat เองก็มีปัญหาด้านการใช้งานที่อุณหภูมิไม่สูงมากนัก แต่หากติดตั้ง Metal Seat ถึงแม้ทนอุณหภูมิและความดันได้สูงขึ้นแต่มีปัญหาในเรื่องความสมบูรณ์ในการทำหน้าที่การปิดวาล์วที่ให้ซีลสนิทหากใช้วาล์ทำหน้าที่เป็นวาล์วปิด-เปิดเพราะให้ผลไม่เป็นที่น่าพอใจเนื่องจากวาล์วจะรั่วซึมอีกทั้งต้องใช้แรงหมุนมากและยิ่งต้องการแรงหมุนมากยิ่งขึ้นตามขนาดของวาล์วเนื่องจากโดยธรรมชาติของวาล์วชนิดนี้ตัวลิ้นวาล์วอยู่ในช่องทางการไหลและขวางทางไหลของของไหลเต็มที่ทำให้มีแรงเสียดทานและแรงต้านทานสูงจากการไหลของไหลกระทำต่อลิ้นวาล์ว ดังนั้นหากต้องเลือกใช้งานจำเป็นต้องหาอุปกรณ์มาช่วยหมุนแกนลิ้นวาล์วหรือหัวขับวาล์ว (Actuator) ทำให้ทั้งราคาและน้ำหนักของวาล์วเพิ่มขึ้น
3. Plug Valve ลิ้นวาล์ว หรือ Flow Control Element มีรูปทรงเป็นทรงกระบอก (Cylinder) หรือทรงกรวยตัด (Truncated Cone) เจาะเป็นช่องเพื่อให้เป็นช่องทางการไหลของวาล์ว เรียกว่า “Plug” (คราวนี้ไม่เรียกว่า Disc) เนื่องจากทำงานด้วยการหมุนรอบแกนลิ้นวาล์วซึ่งตั้งฉากกับช่องทางการไหล ลิ้นวาล์วจึงสัมผัสกับของไหลขณะทำงานเช่นเดียวกับลิ้นวาล์วของ Butterfly Valve เมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่งเปิดรูที่เจาะไว้บนลิ้นวาล์วหรือ Plug จะตรงได้แนวเดียวกับทิศทางการไหลของไหล ด้วยลักษณะลิ้นวาล์วมีรูปทรงสมมาตรดังนั้นการติดตั้งและการทำงานของลิ้นวาล์วดังกล่าวจึงไม่ต้องระบุทิศทางในการติดตั้งวาล์เข้ากับระบบท่อสามารถใช้เป็นทางเข้าออกได้ทั้ง 2 ทาง พบว่าช่องที่เจาะในลิ้นวาล์วในกรณีที่ลิ้นวาล์วเป็นทรงกระบอกนั้นช่องเจาะจะเป็นรูปทรงกลมหรือทรงสี่เหลี่ยม แต่ถ้าหากลิ้นวาล์วเป็นทรงกรวดตัดช่องจะเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมู (Trapezoid) แทน จากรูปแบบลักษณะการทำงานของวาล์วจึงเหมาะใช้เป็นวาล์วปิด-เปิด และเปลี่ยนทิศทางการไหล
Lubricated Plug Valve รูปแบบพื้นฐานง่ายๆ ของ Plug Valve (ดูรูปที่ 88) ประกอบด้วยตัวเรือนวาล์วที่มีทรงเป็นกรวยตัด, Plug ที่มีรูปทรงกรวยตัดเช่นกันและ Bottom Cap ซึ่งติดตั้งสปริงด้านล่างของกรวยตัดคอยทำหน้าที่ผลัก Plug ให้แนบสนิทกับตัวเรือนวาล์วซึ่งทำหน้าที่อีกหน้าที่หนึ่งคือเป็นซีลไปในตัว จะรั่วไม่รั่วก็ขึ้นอยู่กับแรงดันสปริงกับผิวสัมผัสระหว่าง Plug กับตัวเรือนวาล์ว โดยมีแกนต่อออกไปจากตัวลิ้นวาล์วทางด้านปลายเล็กของกรวยตัดเพื่อใช้หมุนปิด-เปิดพร้อมมีโอริ่งป้องกันรั่วซึมของไหลตามแนวแกนวาล์ว ปัญหาต่างๆจึงตามมา เช่นการกลึงชิ้นงานทั้ง Plug และตัวเรือนให้แนบสนิททำได้ยาก ในขณะเดียวกันพื้นที่สัมผัสระหว่าง Plug กับตัวเรือนวาล์วก็มากแรงเสียดทานก็มากตามมาจึงต้องใช้แรงในการหมุนลิ้นวาล์วมาก หากเลือกวัสดุที่มีผิวที่เกิดการยึดติดได้ง่าย หรือไม่ก็เกิด Galling ประกอบกับหากยิ่งไม่ได้ใช้งานเป็นเวลานานโอกาสยึดติดกันของลิ้นวาล์วกับตัวเรือนวาล์ยิ่งมาก ดังนั้นเราจะบพบวาล์วชนิดนี้มีขนาดเล็ก ¼ -2 นิ้ว ทนแรงดันได้สูงสุดประมาณ 250 Psi
การแก้ไขปัญหาของแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสระหว่าง Plug กับตัวเรือนวาล์วด้วยการอัดสารหล่อลื่นเข้าบริเวณผิวนอกรอบตัว Plug ด้วยทำการเซาะร่องไว้บนผิวนอกตัว Plug ทั้งในแนวตั้งตามแกน Plug และในแนววงรอบ Plug ด้านบนและล่างเพื่อการหล่อลื่นและซีลกันรั่วก็เป็นอีกวิธีหนึ่งดังในรูปที่ 89
รูปที่ 88 ลักษณะ Plug Cock แบบดั้งเดิม
รูปที่ 89 Lubricate Plug Valve
Nonlubricated Plug Valve จะมี 2 รูปแบบพื้นฐาน คือ
· Lift-type Valve จัดให้มีกลไกหรือวิธีการยกลิ้นวาล์ว (Tapered Plug) ขึ้นเล็กน้อยขณะเปิดเพื่อให้ลิ้นวาล์วขยับห่างจากหน้าสัมผัสซีลเล็กน้อยพอให้สามารถหมุนลิ้นวาล์วได้
· Sleeved Plug Valve หรือ Elastomer Sleeve หรือ Plug Coated (ดูรูปที่ 90 และ รูปที่ 91) แทนที่จะใช้สารหล่อลื่นเพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสลิ้นวาล์วกับตัวเรือนวาล์ว ก็จัดสร้างปลอก (Sleeve) ถาวรทำด้วยวัสดุที่ไม่ใช่โลหะอีกทั้งมีค่าสัมประสิทธิเสียดทานต่ำๆ เช่น TFE เป็นต้น ฝังแนบกับตัวเรือนวาล์วแล้วให้ทำหน้าที่แทรกกลางระหว่างลิ้นวาล์ว Plug กับตัวเรือนวาล์วโดยใช้ชิ้นส่วน Thrust Collar สร้างแรงกดลิ้นวาล์ว Plug ให้แนบสนิทกับปลอกดังกล่าว การปรับแรงกดดังกล่าวสามารถเพิ่มลดด้วยการกวดอัดหรือคลาย Adjusting Bolts การผลิตวาล์วชนิดนี้มีขนาดตั้งแต่ ½ - 18 นิ้ว ทนความดันได้สูงประมาณ 1500 Psi มีทั้งทำด้วยวัดสุเหล็กหล่อ, เหล็ก Carbon Steel, Stainless Steel เป็นต้น
รูปที่ 90 Sleeved Plug Valve
การออกแบบช่องทางการไหลของวาล์ว (Port) มีผลต่อขนาดของลิ้นวาล์ว หรือ Plug กับตัวเรือนวาล์วของ Plug Valve ดังนั้นการออกแบบขนาดช่องทางการไหลพอแบ่งกลุ่มได้ดังนี้
· 100% Port เป็น Plug Valve ที่มีช่องทางเปิดเป็นช่องทางการไหลมีขนาดพื้นที่เท่ากับพื้นที่หน้าตัดของท่อที่วาล์วประกอบต่อเชื่อมอยู่ซึ่งอาจมีรูปร่างทรงกลม, ทรงสี่เหลี่ยม หรือสี่เหลี่ยมคางหมูขึ้นอยู่กับรูปร่างของลิ้นวาล์ว Plug แต่ช่องเจาะขนาด 100% Round Port จะทำให้ Plug Valve มีขนาดใหญ่ที่สุด ช่องทางการไหลขนาดนี้จะถูกใช้เมื่อต้องการความเสียดทานการไหลต่ำสุดในระบบท่อนั้นๆ ด้วยเหตุนี้จึงต้องเลือกใช้ Plug ที่มีรูปทรงกระบอกได้เท่านั้นเพื่อเจาะช่อง 100% Round Port รูปร่างหน้าตา Port ที่ว่านี้ดังในรูปที่ 91
รูปที่ 91 Sleeved Plug Valve มีช่องทางเปิด 100% Port (รูปทรงกลม)
· 40% - 100% Regular Port เป็นแบบที่ได้รับความนิยมโดยทั่วไป นั้นหมายถึงเป็น Plug Valve ที่มีช่องทางเปิดเป็นช่องทางการไหลมีขนาดพื้นที่เท่ากับ 40% - 100% ของพื้นที่หน้าตัดของท่อที่วาล์วประกอบต่อเชื่อมอยู่ พบส่วนใหญ่จะมีขนาดช่องทางการไหลอยู่ที่ 60-70% นอกจากนี้ยังแบ่งตัวเรือนออกเป็น 2 รูปแบบคือ Regular Pattern Body กับ Short Pattern Body ทั้งนี้ขนาดวาล์วระยะปลายถึงปลายวาล์วของ Short Pattern Body เป็นระยะเดียวกับ Gate Valve ที่มีขนาดเท่ากัน ส่วน Regular Pattern Body จะยาวกว่า
· 40% -50% Venturi Plug Port เป็น Plug Valve ที่มีช่องทางเปิดเป็นช่องทางการไหลมีขนาดพื้นที่เท่ากับ 40% -50% ของพื้นที่หน้าตัดของท่อที่วาล์วประกอบต่อเชื่อมอยู่ ทำให้ตัวเรือนตอบแคบลงตามลิ้นวาล์ว Plug
รูปที่ 92 รูปแบบของ Ports ชนิดต่างๆของ Plug Valve
รูปที่ 93 รูปแบบของ Ports ที่ต่างจากรูปที่ 92 ของ Plug Valve
จากลักษณะการทำงานของ Plug Valve จึงถูกใช้เป็นวาล์วปิด และวาล์วเปลี่ยนทิศทาง เนื่องจากเป็นวาล์วที่จัดสร้างในรูปแบบที่ง่ายและสามารถซ่อมแซมได้โดยไม่ต้องถอดออกจากระบบท่อ สามารถทำงานปิด-เปิดได้ราบเรียบ มีขนาดตั้งแต่ ½ 36 นิ้ว ทนความดันได้สูงสุดประมาณ 2500 Psi มีวัสดุหลากหลายให้เลือกเพื่อให้เหมาะกับการใช้งาน เช่น ทองเหลือ เหล็กหล่อ เหล็กเหนียว และโลหะอัลลอย์ต้านการกัดกร่อน เป็นต้น เนื่องจากมีช่องทางการไหล (Port) ที่กว้างและไม่มีสิ่งกีดขว้างเช่นเดียวกับ Ball Valve จึงสามารถใช้งานได้ทั้งของไหลที่สะอาดและไม่สะอาด ใช้ได้กับก๊าซ, ของเหลวไฮโดรคาร์บอน และอาจเจอในระบบท่อน้ำในบางครั้ง การปิด-เปิดวาล์วทำด้วยการหมุนแกนวาล์วเพียง 90 องศาทำให้เหมาะกับงานที่ต้องปิด-เปิดบ่อยๆ เนื่องจากมีความสะดวก แต่ในขณะเดียวกันจากหลักการทำงานถือว่าเป็นวาล์วที่มีตัวเรือนวาล์วใหญ่เมื่อเทียบกับวาล์วชนิดอื่นที่มีขนาดเดียวกัน
และด้วยรูปแบบลักษณะการทำงานของ Plug Valve นี้เองจึงเหมาะใช้เป็นวาล์วปิด-เปิด และเปลี่ยนทิศทางการไหล Plug Valve ไม่เหมาะนำมาใช้เป็นวาล์วควบคุม (Flow Control Valve) เนื่องจากไม่เหมาะสมที่ใช้ในการทำงานแบบการหรี่วาล์วหรือการควบคุมเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหลที่เรียกว่า “Throttling” เนื่องจากรูปแบบการไหลจะคล้ายกับ Gate Valve เพราะอัตราการไหลผ่านวาล์วสูงเกิดขึ้นที่ระยะหมุนก้านวาล์วจากตำแหน่งปิดเพียงเล็กน้อยทำให้การเปลี่ยนแปลงการไหลของไหลเทียบกับตำแหน่งระยะหมุนลิ้นวาล์วมีความสัมพันธ์ที่ชันมากในตอนเริ่มต้นเปิดวาล์แล้วชันน้อยมากเมื่อเปิดวาล์วไปเกือบสุดในวาล์วชนิดนี้ ทำให้อัตราการไหลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะเคลื่อนที่ของลิ้นวาล์วหรือที่เรียกว่า “Valve Flow Characteristic” ในรูปแบบ “Quick Opening” พูดให้เข้าใจง่ายๆ คือ เปิดวาล์วนิดเดียวก็ได้อัตราการไหลเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจากนั้นถึงจะเปิดวาล์วไปเรื่อยๆ ก็เพียงทำให้อัตราการไหลผ่านวาล์วเพิ่มขึ้นในสัดส่วนที่น้อย ยกเว้น Plug Valve ที่มีช่องทางการไหลแบบ Diamond Port
สำหรับ Rotary Plug ในรูปแบบของ Eccentric Plug ดูรูปที่ 94
รูปที่ 94 Rotary Plug ในรูปแบบของ Eccentric Plug
เมื่อมาถึงจุดนี้แล้วเราพอทราบหลักการทำงานของวาล์วแต่ละชนิดและสรุปในหลักการทำงานดังในรูปที่ 95 ได้อีกรูปแบบหนึ่ง ต่อไปเป็นการนำวาล์วแต่ละชนิดดังกล่าวไปใช้งานในรูปของวาล์วควบคุม (Control Valve) ดังแสดงในรูปที่ 96
รูปที่ 95 การแบ่งรูปแบบของวาล์วที่เราได้เจออีกรูปแบบหนึ่ง
รูปที่ 96 วาล์วควบคุม (Control Valve)
.jpg)
รูปที่ 97 เปรียบเทียบในภาพรวมของวาล์วแต่ละชนิด
.jpg)
รูปที่ 97(ต่อ) เปรียบเทียบในภาพรวมของวาล์วแต่ละชนิด
ชั่งตวงวัด; GOM MOC
นนทบุรี
21 ก.ย. 2560