Wat is een bolklep

Een bolklep is een type klep dat wordt gebruikt om de stroom in een pijpleiding te starten, stoppen en/of regelen. De klep heeft een beweegbaar schijfelement en een stationaire ringsluiting 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 veelvoorkomende 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
• FAQs

Onderdelen en werkingsprincipe van de bolklep

Een bolklep heeft twee aparte kamers voor stroomregeling. Het activeringsproces omvat het draaien van een stang 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:

Voordelen van de bolklep

• Uitzonderlijke smoormogelijkheden en modulatie: Bolkleppen zijn ideaal voor nauwkeurige stroomregeling, waardoor fijne aanpassingen van 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 om de stroom te stoppen tijdens onderhoud of noodgevallen.
• Efficiëntie in onderhoud en reparatie: Ontworpen voor eenvoudig onderhoud, zijn hun componenten gemakkelijk toegankelijk, waardoor stilstandtijd en kosten worden verminderd.
• Veelzijdigheid in onderhoud: De schijf en de sluiting kunnen worden vervangen of opnieuw worden bewerkt, waardoor de levensduur van de klep wordt verlengd en een efficiënte werking wordt gegarandeerd.

Nadelen van de bolklep

• Significant drukverlies: Een belangrijk nadeel van bolkleppen is de drukval als gevolg van 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 worden overwogen bij het ontwerpen van de stroomparameters van de bolklep.
• Verhoogde bedieningskracht: Er is meer kracht 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 meeromdraaiende werking.
• Gevoeligheid voor cavitatie en flashing: Hoge drukverschillen kunnen cavitatie en flashing veroorzaken, wat de klep mogelijk kan beschadigen.
• Kosten: Het complexe ontwerp en het productieproces maken bolkleppen duurder in vergelijking met andere kleptypes.

Toepassingen van de bolklep

Bolkleppen zijn de optimale keuze voor toepassingen die een nauwkeurige stroommodulatie vereisen, waarbij drukverlies geen kritieke zorg is, waaronder scenario's zoals:

• Koelwatersystemen
• Brandstofoliesystemen
• Voedingswater- en chemische toevoersystemen
• Ketel- en hoofdstoomventilatie en -afvoeren
• Smeeroliesysteem voor turbines
• Afvoer- en trimtoepassingen in sprinklersystemen (niet als regelkleppen in brandblussystemen, waar druk van cruciaal belang is)

Lees ons artikel over toepassingen van bolkleppen voor meer informatie over de industriële toepassingen van bolkleppen.

Ontwerpvariaties van de bolklep

Ontwerp van het stromingspad

Bolkleppen hebben meerdere ontwerpen op basis van hun stromingspad:

1. T- of Z-bolklep (Figuur 3 links): Dit is het meest voorkomende ontwerp voor bolkleppen, gekenmerkt door een lichaam dat 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 smoren omdat de configuratie van de sluiting en de schijf 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.
2. Hoekbolklep (Figuur 3 midden): Zoals de naam al aangeeft, hebben hoekbolkleppen een lichaam dat zo is ontworpen dat de inlaat- en uitlaatpoorten een hoek van 90 graden vormen, wat lijkt op een elleboog. Dit ontwerp stelt de vloeistof in staat om slechts één keer van richting te veranderen, waardoor de drukval wordt verminderd in vergelijking met het T- of Z-vormige ontwerp. 90 graden bolkleppen zijn nuttig in toepassingen waar de pijpleidingconfiguratie een richtingsverandering vereist, waarbij de functies van een klep en een elleboog worden gecombineerd. Deze bolkleppen hebben een typische L/D-coëfficiënt van ~55.
3. 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 het kleplichaam en de sluiting zo gekanteld dat ze een directer stromingspad bieden (minder kronkelig dan het Z-vormige pad) terwijl ze toch goede smoormogelijkheden 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 sluitingen, waardoor hun vermogen om hogere stroomsnelheden aan te kunnen wordt verbeterd en een uitgebalanceerd ontwerp wordt geboden dat de kracht die nodig is om de klep te bedienen minimaliseert, waardoor ze een efficiënte keuze zijn voor toepassingen die een nauwkeurige stroomregeling met minimale activeringskracht vereisen.

Ontwerp van de plug

Bolkleppen kunnen een van de volgende plugontwerpen hebben:

1. Plugschijf: Het plugschijfontwerp wordt gekenmerkt door zijn solide, taps toelopende vorm, die nauw in de sluiting van de klep past om de stroom te regelen of te blokkeren. Dit type staat bekend om zijn duurzaamheid en effectiviteit bij het bieden van een strakke afdichting, waardoor het geschikt is voor toepassingen die een nauwkeurige stroomregeling vereisen.
2. Samenstellingsschijf: Met een schijf met een vervangbare inzet, meestal gemaakt van een zachter materiaal zoals rubber of PTFE, is de samenstellingsschijf ontworpen om een strakke afdichting te garanderen, zelfs in aanwezigheid van deeltjes in de vloeistof. Dit type is ideaal voor toepassingen waarbij afdichting tegen onzuiverheden van cruciaal belang is.
3. Balschijf: Zoals de naam al aangeeft, bevat dit type schijf een bolvormige bal die zich uitlijnt met de sluiting om de stroom te regelen. De balschijf biedt een soepele werking en is bijzonder effectief in toepassingen die snelle afsluitmogelijkheden vereisen. Het ontwerp maakt eenvoudig onderhoud mogelijk en is geschikt voor matige regeltoepassingen.

Stroomkenmerken van de bolklep

Bolkleppen vertonen onderscheidende stroomkenmerken die cruciaal zijn bij hun selectie en toepassing in vloeistofregelsystemen. Deze kenmerken worden voornamelijk bepaald door de inherente stroomcoëfficiënt (Cv) van de klep, de stroomcurve en de relatie tussen de klepopening en de stroomsnelheid onder verschillende drukomstandigheden.

Inherente stroomcoëfficiënt (Cv)

De Cv-waarde van de bolklep vertegenwoordigt de stroomcapaciteit van de klep en geeft het volume vloeistof aan dat kan passeren met een drukval van één psi. De stroomcoëfficiënt van de bolklep is doorgaans laag vanwege hun ontwerp, dat prioriteit geeft aan nauwkeurige stroomregeling boven een hoge stroomcapaciteit.

Stroomcurves: lineair vs gelijk percentage

• Lineaire stroomcurve: Biedt een directe verhouding tussen de klepopening en de stroomsnelheid, geschikt voor toepassingen met constante drukval.
• Gelijk percentage stroomcurve: Biedt een exponentiële relatie tussen de klepopening en de stroomsnelheid, ideaal voor variërende drukvalomstandigheden, wat de regelprecisie verbetert.

Een juiste dimensionering is cruciaal om de stroomkenmerken van de klep af te stemmen op de vereisten van de toepassing, wat een efficiënte werking garandeert. De keuze tussen lineair en gelijk percentage hangt af van de drukdynamiek van het systeem en de regelbehoeften.

Hoe bolkleppen zich verhouden tot andere kleptypes

Andere meeromdraaiende/lineaire bewegingskleppen en kwartslag/rotatiekleppen zijn veelvoorkomende klepclassificaties die vergelijkbaar zijn met een bolklep. Hun doel en functie bepalen hoe ze in verschillende toepassingen worden gebruikt.

Meeromdraaiende/lineaire bewegingskleppen

Industriële bolkleppen zijn meeromdraaiende kleppen. Een schuifklep gebruikt ook een meeromdraaiend handwiel om de klepplug in een lineaire richting te bewegen, maar een schuifklep heeft een rechtstreekse stroom. De klepstang op een schuifklep laat een plug of obstructie zakken die het stroompad blokkeert of de stroom mogelijk maakt zonder dat het medium van richting hoeft te veranderen. Daardoor hebben schuifkleppen een veel lager drukverlies (L/D=~8) wanneer ze volledig open zijn, maar ze mogen niet worden gebruikt om de stroom te regelen vanwege een drastische toename van het drukverlies en verhoogde slijtage aan de schuifklep en de sluiting. Lees ons artikel bolklep vs schuifklep voor meer details.

Kwartslag/rotatiekleppen

Een rotatieklep gebruikt een moersleutelhandgreep, 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/rotatiekleppen zijn kogelkranen en vlinderkleppen.

• Kogelkranen gebruiken een bol, of kogel, met een doorgeboord gat, waardoor de stroom mogelijk is wanneer het gat parallel is aan de stroomrichting en deze blokkeert wanneer het in een loodrechte positie staat.
• Een vlinderklep gebruikt een dunne plaat om de stroom te blokkeren wanneer het oppervlak loodrecht op de stroomrichting staat of de stroom mogelijk te maken wanneer het parallel is.

Kwart