Valvola a sfera a tre pezzi: Guida completa

Che cos'è una valvola a sfera a tre pezzi?

Una valvola a sfera a tre pezzi è un tipo di valvola a sfera con tre pezzi che costituiscono il corpo e due tappi terminali. I giunti o i cappucci terminali sono uniti alla tubazione mediante filettatura, bulloni e dadi o saldatura. I tre pezzi sono collegati tra loro mediante bulloni e dadi, il che facilita la rimozione del corpo principale della valvola per le riparazioni e la pulizia senza rimuovere i connettori della tubazione o i giunti terminali. Dopo l'installazione di una valvola a sfera in tre pezzi, i componenti della valvola soggetti a usura, come sfere, stelo e sedi, possono essere sostituiti in modo indipendente e rapido. Uno dei vantaggi dell'uso di una valvola a sfera a tre pezzi è che può essere rimossa per la manutenzione e la pulizia, il che la rende molto conveniente a lungo termine. La sostituzione delle guarnizioni e delle sedi rende la valvola a sfera in tre pezzi più conveniente rispetto alla sostituzione dell'intera valvola. Inoltre, il fatto di non rimuovere i connettori dei tubi in una valvola a sfera a tre pezzi aiuta a prevenire l'interruzione della produzione in caso di manutenzione. 

Figura: Valvola a sfera a tre pezzi.

Componenti di una valvola a sfera a tre pezzi 

Volantino/attuatore 

Il volantino è il componente di una valvola a sfera a tre pezzi su cui l'operatore applica la coppia per aprire o chiudere la valvola. Il volantino viene utilizzato quando la valvola a sfera a tre pezzi è manuale. Se la valvola non è manuale, viene azionata da un attuatore. L'attuatore è un dispositivo integrato nella valvola a sfera a tre pezzi che fornisce la coppia per l'apertura e la chiusura della valvola. Alcuni degli attuatori disponibili per una valvola a sfera a tre pezzi sono attuatori pneumatici, idraulici ed elettrici. 

Corpo valvola 

Il corpo della valvola è il componente principale di una valvola a sfera a tre pezzi, in quanto funge da barriera principale contro la pressione e ospita tutte le parti interne della valvola. Il corpo della valvola è realizzato con materiali robusti rispetto alle altre parti della valvola, come le sedi e le guarnizioni, per garantire una resistenza sufficiente a sopportare pressioni e temperature elevate. La maggior parte delle valvole a sfera a tre pezzi viene utilizzata in applicazioni ad alta pressione e quindi i loro corpi sono realizzati in materiali resistenti come l'acciaio inossidabile, l'acciaio al carbonio e la ghisa, tra gli altri. 

Stelo/albero

Lo stelo/albero è il componente di una valvola a sfera a tre pezzi utilizzato per collegare la sfera e l'attuatore in modo da trasmettere la forza o la coppia necessaria per aprire/chiudere la valvola. Lo stelo è realizzato in materiali resistenti come l'acciaio, il bronzo e l'ottone per resistere alle alte temperature e alla pressione e per trasmettere una coppia elevata nelle valvole a sfera a tre pezzi di grandi dimensioni. 

Palla 

È il componente di una valvola a sfera a tre pezzi che serve a chiudere/aprire la valvola a sfera. La sfera ha un foro al centro. Il fluido scorre attraverso la valvola a sfera a 3 pezzi attraverso questo foro.

Posti a sedere

I seggi sono componenti interni tra la sfera e il corpo di una valvola a sfera a 3 pezzi. I seggi sono utilizzati per garantire la tenuta tra la sfera e il corpo della valvola e per sostenere la sfera. 

Imballaggio 

La baderna è una guarnizione posta intorno allo stelo per impedire la fuoriuscita del fluido. 

Trim 

Il termine "trim" si riferisce ai componenti della valvola a sfera in tre pezzi, quali manicotti, sfera, stelo, sedi, superfici di tenuta e anelli di tenuta. 

Figura: Componenti di una valvola a sfera a tre pezzi.

Come funziona una valvola a sfera a tre pezzi? 

Una valvola a sfera a tre pezzi funziona utilizzando una sfera che è responsabile dell'apertura e della chiusura del flusso del fluido. Questa sfera in una valvola a sfera a tre pezzi ha un foro nella sua sezione centrale. È attraverso il foro che il fluido passa attraverso la valvola. Una valvola a sfera a tre pezzi ha la sfera collegata allo stelo. Lo stelo è poi collegato al volantino o all'attuatore. L'attuatore o volantino compie un quarto di giro (90^o grado) per aprire/chiudere la valvola a sfera. Quando il volantino/attuatore ruota di 90^o, fa ruotare lo stelo e la sfera allo stesso angolo di 90°.^o. Il quarto di giro della sfera rende il foro della sfera allineato con la tubazione, consentendo al fluido di passare attraverso la valvola. In questo caso, la valvola a sfera a tre pezzi è detta chiusa. Per bloccare il flusso del fluido, la sfera viene quindi ruotata in senso antiorario per 90 secondi.^o. In questo modo il foro della sfera è perpendicolare al flusso del fluido o alla tubazione, garantendo così che il fluido non fluisca. 

Tipi di valvole a sfera a tre pezzi 

Valvola a sfera a tre pezzi a passaggio totale 

Una valvola a sfera a 3 pezzi a passaggio totale è una valvola in cui il diametro del foro della sfera è uguale a quello del tubo. Il vantaggio di una valvola a sfera a 3 pezzi a passaggio totale è che non presenta perdite di attrito aggiuntive ed è più facile da pulire. Tuttavia, una valvola a sfera a 3 pezzi a passaggio totale ha un corpo e una sfera più grandi rispetto a una valvola a sfera a passaggio ridotto. Di conseguenza, il costo di una valvola a sfera a passaggio totale è più elevato, il che rappresenta una sfida per molti produttori. Le valvole a sfera a 3 pezzi a passaggio totale sono utilizzate quando è necessaria una bassa resistenza al flusso del fluido, ad esempio nelle tubazioni di aspirazione delle pompe in cui la caduta di pressione può influire sulle prestazioni della pompa. 

Valvola a sfera a tre pezzi con foro ridotto 

Una valvola a sfera a 3 pezzi con foro ridotto è una valvola con un diametro del foro della sfera inferiore al diametro del tubo. In una valvola a sfera a tre pezzi, l'area di flusso del fluido si restringe all'uscita della valvola a valle. Di conseguenza, vengono introdotte perdite per attrito, con conseguente caduta di pressione. Poiché la portata del fluido rimane costante, la velocità del flusso aumenta al diminuire dell'area di flusso. Tuttavia, nonostante le perdite per attrito e la caduta di pressione, le valvole a sfera a 3 pezzi con foro ridotto sono più comunemente utilizzate rispetto alle valvole a sfera a 3 pezzi con foro pieno. Valvole a sfera a foro ridotto sono utilizzate quando la turbolenza e la portata non sono un problema e l'accumulo di particelle non è probabile. Il costo di una valvola a sfera a 3 pezzi con foro ridotto è inferiore perché queste valvole utilizzano un alloggiamento e una sfera di dimensioni inferiori. 

Figura: Valvola a sfera a 3 pezzi con foro ridotto.

Valvola a sfera a 3 pezzi con attacco a V 

Si tratta di una valvola a sfera in tre pezzi con una sfera con foro a forma di "V". La forma a V indica anche il design della sede. Una valvola a sfera a 3 pezzi con attacco a V offre un maggiore controllo per chiudere e aprire il flusso del fluido in modo efficiente. Il flusso in una Valvola a sfera con attacco a V è quasi lineare. Le valvole a sfera a tre bocche a V sono più robuste perché sono destinate a lavorare in flussi di fluidi ad alta velocità che possono danneggiare le valvole a sfera standard. 

Figura: Valvola a sfera a tre pezzi con attacco a V.

Valvola a sfera Trunnion a 3 pezzi 

Si tratta di una valvola a sfera in tre pezzi in cui la sfera della valvola ruota in una posizione fissa. La sfera di una valvola a sfera a tre pezzi è tenuta in posizione da un albero sul lato inferiore e superiore, in modo da non potersi muovere in direzione laterale. A valvola a sfera a cerniera crea una tenuta sollecitando la sfera e le sedi o forzando la sede contro la sfera con la pressione del fluido. Il componente trunnion assorbe la pressione del fluido e quindi il contatto tra la sede e la sfera non viene sollecitato eccessivamente. Questo fa sì che la coppia operativa di una valvola a sfera a tre pezzi sia inferiore, facilitando l'apertura/chiusura della valvola a sfera. Il concetto di valvola a sfera trunnion viene utilizzato per realizzare valvole a sfera a tre pezzi di grandi dimensioni e valvole utilizzate in applicazioni ad alta pressione. 

Figura: Valvola a sfera Trunnion a 3 pezzi.

Valvola a sfera flottante a 3 pezzi 

È una valvola con la sfera sospesa nel fluido e tenuta in posizione da due anelli di tenuta. La sfera della valvola è sostenuta al suo posto da sedi e può muoversi liberamente in direzione laterale. La pressione del fluido agisce sulla sfera costringendola a entrare nella sede e garantendo così una tenuta ermetica. Le valvole a sfera flottanti a 3 pezzi sono utilizzate soprattutto in applicazioni a bassa e media pressione. Le valvole a sfera flottanti a 3 pezzi hanno una buona tenuta e una struttura semplice. Valvole a sfera flottanti non sono utilizzate in applicazioni di grandi dimensioni e ad alta pressione perché l'elevata forza sulla sfera può deformare le sedi e compromettere le proprietà di tenuta a bassa pressione della valvola. L'altra ragione è che l'elevata forza sulla sfera rende difficile il funzionamento della valvola a sfera a 3 pezzi, che richiede valori elevati di coppia per vincere la forza della sede ad alta pressione. 

Applicazioni della valvola a sfera a tre pezzi 

• Controllo dell'acqua nei sistemi di irrigazione. 
• Processi di produzione farmaceutica. 
• Impianti di generazione di energia. 
• Queste valvole sono utilizzate nelle industrie chimiche. 
• Utilizzato negli impianti petroliferi e del gas. 
• Lavorazione di alimenti e bevande per scopi sanitari, grazie alla facilità di pulizia necessaria per mantenere condizioni igieniche elevate. 

Vantaggi delle valvole a sfera a tre pezzi 

• Il collegamento avviene tramite bulloni e dadi. Questo collegamento è molto comodo perché facilita l'installazione e lo smontaggio della valvola.
• Rapidità di funzionamento. 
• Bassa resistenza ai fluidi.
• Le valvole a sfera a tre pezzi possono essere facilmente pulite, riparate e sottoposte a manutenzione. 
• Utilizzate una struttura di design semplice. 
• Diversi tipi che si adattano a varie applicazioni. 
• Lunga durata perché possono essere riparate invece di acquistare una nuova valvola in caso di rottura di un componente.  
• Collegato alle tubature con vari metodi di connessione in base alle preferenze dell'utente. 

Svantaggi delle valvole a sfera a tre pezzi 

• Costoso rispetto alle valvole a sfera a uno o due pezzi. 

Risoluzione dei problemi di una valvola a sfera a tre pezzi 

Perdite ai collegamenti 

• Connettori terminali disallineati. Controllare l'allineamento dei connettori terminali per verificare che siano paralleli. 
• O-ring danneggiati o spostati o particelle nella scanalatura dell'O-ring. Ispezionare gli O-ring della valvola per verificare che non presentino danni chimici e fisici e che siano compatibili con il fluido. Se gli O-ring sono danneggiati, sostituirli. Se sono presenti particelle nella scanalatura, pulirle. 
• I bulloni e i dadi sono allentati; serrarli.

Perdita dello stelo 

• L'O-ring dello stelo è danneggiato. Sostituire l'O-ring. Controllare che l'O-ring sia compatibile con il supporto. 
• Stelo rotto. Riparare o sostituire lo stelo come necessario.  

Perdite attraverso la sfera 

• Ostruzione sulla sfera. Verificare che la valvola a sfera a 3 pezzi sia in posizione di chiusura completa. Se non è in posizione di chiusura completa, verificare che non vi siano detriti che ostruiscono la porta della sfera. Rimuovere le ostruzioni e reinstallare la valvola. 
• La sfera è danneggiata. Sostituire la sfera. 

Perdite attraverso il sedile 

• Il sedile è danneggiato; sostituirlo. 
• Il sedile è pieno di detriti. Rimuovere i detriti dal sedile. Verificare la compatibilità del sedile con il supporto. 

La maniglia è difficile da usare

• Detriti intasati. Controllare che la maniglia non sia ostruita da corpi solidi. Rimuovere eventuali materiali estranei. 
• Rotto. Riparare la maniglia o sostituirla, se necessario. 

Sintesi 

Le valvole a sfera a tre pezzi sono valvole composte da tre pezzi, ovvero il corpo e i due coperchi terminali. I tre pezzi sono collegati con bulloni e dadi. Sono molto robuste, ma sono costose rispetto ad altre valvole come quelle a sfera a due pezzi. Le valvole a sfera a 3 pezzi utilizzano una sfera con un foro al centro. La sfera è responsabile dell'apertura/chiusura del fluido. Il fluido scorre nella valvola a sfera a tre pezzi attraverso il foro della sfera.

Queste valvole funzionano allineando il foro della sfera in linea con il tubo; il fluido passa attraverso il foro della sfera e il tubo è detto aperto. Le valvole a sfera a 3 pezzi sono chiuse quando la maniglia o l'attuatore vengono ruotati di 90°.^o in senso antiorario, dove la sfera diventa perpendicolare al tubo bloccando il flusso del fluido. Le valvole a sfera a tre pezzi sono utilizzate in numerose applicazioni in diversi settori produttivi, come quello farmaceutico, alimentare e delle bevande, della produzione di energia, dell'irrigazione, del petrolio e del gas. I vantaggi dell'uso delle valvole a sfera a tre pezzi includono il funzionamento rapido, l'idoneità alla pulizia, alla riparazione e alla manutenzione, la possibilità di essere utilizzate in diverse applicazioni e l'utilizzo di materiali resistenti per applicazioni ad alta pressione.