วาล์วบ่าเอียง (Angle Seat Valve) เป็นวาล์วเปิด-ปิด (on-off) ที่วางบ่าวาล์ว (ซีท) ทำมุมเอียงกับทิศทางการไหล (โดยทั่วไปประมาณ 45 องศา) และเปิด-ปิดด้วยแอคชูเอเตอร์แบบลูกสูบ ด้วยบ่าวาล์วที่เอียงและช่องทางการไหลที่เกือบเป็นเส้นตรง ทำให้เมื่อเปิดเต็มที่แรงต้านการไหลของของไหลจะน้อย และเนื่องจากลิ้นวาล์วยกตัวออกจากช่องทางการไหลได้มาก จึงมีโครงสร้างที่ทำให้ของไหลอุณหภูมิสูง เช่น ไอน้ำหรือน้ำร้อน รวมถึงของไหลที่มีอนุภาคหรือเส้นใยปะปน สามารถไหลผ่านได้ค่อนข้างดี บทความนี้จะสรุปคุณลักษณะเชิงโครงสร้างของวาล์วบ่าเอียง และว่ามันถูกเลือกใช้กับของไหลและการใช้งานประเภทใด
ประเด็นสำคัญของบทความนี้
- ด้วยบ่าวาล์วเอียงและช่องทางการไหลที่เป็นเส้นตรง จึงมีแรงต้านการไหลต่ำ และเป็นโครงสร้างที่ให้ค่า Cv ได้สูง
- เนื่องจากลิ้นวาล์วยกตัวออกจากช่องทางการไหลได้มาก จึงมีแนวโน้มที่สิ่งแปลกปลอมหรือของไหลที่มีความหนืดจะไม่สะสมตกค้างได้ง่าย
- เหมาะกับการใช้งานเปิด-ปิดความถี่สูง และการเปิด-ปิดของไหลอุณหภูมิสูง โดยเลือกวัสดุให้เข้ากับอุณหภูมิและของไหลที่ใช้งาน
โครงสร้างและคุณลักษณะของวาล์วบ่าเอียง
โครงสร้างบ่าวาล์วเอียงที่ให้แรงต้านการไหลต่ำ
คุณลักษณะเด่นที่สุดของวาล์วบ่าเอียงคือ บ่าวาล์ววางทำมุมเอียงกับแกนของช่องทางการไหล เมื่อเปิดเต็มที่ ลิ้นวาล์ว (ปลั๊กเจอร์) จะถอยตัวออกจากช่องทางการไหลได้มาก ทำให้การไหลผ่านช่องทางที่เกือบเป็นเส้นตรง จึงลดการสูญเสียแรงดันได้ง่ายกว่าวาล์วโกลบ (globe valve) ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน และเป็นโครงสร้างที่ให้ค่า Cv (สัมประสิทธิ์อัตราการไหล) ได้สูง จึงเป็นรูปแบบที่ใช้งานได้ดีในระบบท่อที่ต้องการรักษาอัตราการไหล หรือระบบที่ต้องการลดการสูญเสียแรงดันให้น้อย
การเปิด-ปิดที่แน่นอนด้วยแอคชูเอเตอร์แบบลูกสูบ
วาล์วบ่าเอียงส่วนใหญ่มีแอคชูเอเตอร์แบบลูกสูบที่ทำงานด้วยอากาศอัด และใช้แรงผลักดันนั้นเลื่อนลิ้นวาล์วขึ้นลงเพื่อเปิด-ปิด ด้วยการผสมผสานระหว่างสปริงและแรงดันอากาศ จึงสามารถเลือกได้ทั้งแบบปกติปิด (NC) ที่เปิดเมื่อจ่ายอากาศและปิดเมื่อไม่จ่ายอากาศ และแบบปกติเปิด (NO) ที่ตรงกันข้าม โครงสร้างมีความเรียบง่ายทางกลไก ชิ้นส่วนเคลื่อนไหวน้อย และตอบสนองการเปิด-ปิดได้รวดเร็ว จึงเหมาะกับการใช้งานเปิด-ปิดความถี่สูงที่ต้องทำซ้ำหลายครั้งต่อวัน
เหตุผลที่ถูกเลือกใช้กับของไหลอุณหภูมิสูงและของไหลที่มีสิ่งแปลกปลอม
การที่วาล์วบ่าเอียงถูกนำไปใช้กับของไหลอุณหภูมิสูงนั้น ไม่ได้เป็นเพราะ “อุณหภูมิสูงทำให้วาล์วอื่นอุดตันได้ง่าย” แต่เป็นเพราะข้อได้เปรียบเชิงโครงสร้างที่รูปแบบนี้มีอยู่ เนื่องจากลิ้นวาล์วยกตัวออกจากช่องทางการไหลได้มากเมื่อเปิด จึงมีแนวโน้มที่ของไหลซึ่งมีอนุภาค เส้นใย หรือความหนืด จะไม่ทิ้งสิ่งแปลกปลอมตกค้างบริเวณบ่าวาล์ว และรักษาช่องทางการไหลไว้ได้ง่าย ส่วนความสามารถในการรองรับอุณหภูมิสูงนั้นถูกกำหนดโดยการเลือกวัสดุที่ใช้กับบ่าวาล์วและซีล (แพ็คกิ้ง) เช่น PTFE เป็นต้น โดยเลือกให้เข้ากับเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ไอน้ำ น้ำร้อน หรือของไหลนำความร้อน อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการไม่สะสมตกค้างจะแตกต่างกันไปตามลักษณะของของไหลและสภาวะการทำงาน ดังนั้นการนำไปใช้งานจริงจึงต้องมีการตรวจสอบตามแต่ละเงื่อนไขเป็นสำคัญ
จุดที่เหมาะจะใช้งานและข้อควรระวังในการเลือก
การใช้งานที่เหมาะสม
เหมาะกับการเปิด-ปิดของไหลอุณหภูมิสูง เช่น ไอน้ำ น้ำร้อน และน้ำอุ่น ของไหลที่มีอนุภาคหรือเส้นใยปะปน การเปิด-ปิดของไหลที่มีความหนืดในระดับหนึ่ง ตลอดจนสายการทำงานเปิด-ปิดอัตโนมัติที่ทำซ้ำเป็นรอบสั้น ๆ อีกทั้งยังเป็นรูปแบบที่ใช้งานได้ดีในระบบท่อที่ต้องการลดแรงต้านการไหลเพื่อรักษาอัตราการไหล
จุดที่ควรระวัง
โดยพื้นฐานแล้ววาล์วบ่าเอียงเป็นวาล์วเปิด-ปิดที่ใช้งานในสองตำแหน่งคือ “เปิด” และ “ปิด” และโดยทั่วไปไม่เหมาะกับการควบคุมเชิงสัดส่วน (proportional control) ที่ปรับอัตราการไหลอย่างต่อเนื่องด้วยระดับการเปิดที่อยู่ตรงกลาง หากต้องการควบคุมอัตราการไหลหรือแรงดันอย่างละเอียด จำเป็นต้องพิจารณาวาล์วควบคุมที่เหมาะสมกับการใช้งาน นอกจากนี้ การขับเคลื่อนยังต้องมีแหล่งพลังงาน เช่น อากาศอัด และโซลินอยด์วาล์วสำหรับสลับการทำงานแยกต่างหาก เมื่อเลือกใช้งาน ควรตรวจสอบตามเงื่อนไข ได้แก่ ความเข้ากันได้ของวัสดุกับอุณหภูมิและของไหลที่ใช้ ค่า Cv ที่ต้องการ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง แบบปกติเปิดหรือปกติปิด และช่วงแรงดันการทำงาน ทั้งค่าตัวเลขและความเข้ากันได้ล้วนเป็นเพียงค่าประมาณการ ความเป็นไปได้จริงจะแตกต่างกันไปตามสภาวะการทำงาน
คำถามที่พบบ่อย
Q1. วาล์วบ่าเอียงกับวาล์วโกลบต่างกันอย่างไร
A1. ความแตกต่างหลักคือ บ่าวาล์ววางทำมุมเอียงกับช่องทางการไหล และช่องทางการไหลเมื่อเปิดเต็มที่เกือบเป็นเส้นตรง เมื่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน จะมีแนวโน้มที่ลดการสูญเสียแรงดันได้ง่ายกว่า และให้ค่า Cv ได้สูงกว่า
Q2. เหตุใดจึงมักถูกใช้กับของไหลอุณหภูมิสูง
A2. เพราะโครงสร้างที่ลิ้นวาล์วยกตัวได้มาก ทำให้สิ่งแปลกปลอมไม่ตกค้างง่าย และเลือกวัสดุให้รองรับอุณหภูมิสูงได้ง่าย ทั้งนี้อุณหภูมิสูงเองไม่ได้เป็นสาเหตุของการอุดตัน
Q3. ใช้ปรับอัตราการไหล (การหรี่) ได้หรือไม่
A3. โดยพื้นฐานใช้สำหรับการเปิด-ปิด และโดยทั่วไปไม่เหมาะกับการปรับอัตราการไหลอย่างต่อเนื่องที่ระดับการเปิดตรงกลาง หากต้องการควบคุมอัตราการไหลอย่างละเอียด กรุณาพิจารณาวาล์วควบคุมรูปแบบอื่น
Q4. ต้องใช้อะไรบ้างในการทำให้ทำงาน
A4. ส่วนใหญ่ทำงานด้วยอากาศอัด จึงต้องมีอากาศอัดเป็นแหล่งพลังงาน และโซลินอยด์วาล์วสำหรับสลับการจ่ายและระบายอากาศ สามารถเลือกแบบปกติเปิดหรือปกติปิดได้ตามข้อกำหนด
Q5. ใช้งานได้ถึงอุณหภูมิเท่าใด
A5. ขึ้นอยู่กับวัสดุของบ่าวาล์วและซีล หากท่านแจ้งเงื่อนไขของไหล อุณหภูมิ และแรงดันที่ใช้งาน เราสามารถแนะนำค่าประมาณการของข้อกำหนดที่เหมาะสมได้
Q6. หากเป็นของไหลที่มีสิ่งแปลกปลอม จะไม่อุดตันแน่นอนหรือไม่
A6. มีแนวโน้มที่จะไม่สะสมตกค้างได้ง่าย แต่ผลลัพธ์จะแตกต่างกันไปตามลักษณะของของไหล ขนาดอนุภาค และสภาวะการทำงาน ขอแนะนำให้พิจารณาเป็นรายกรณีโดยอิงจากเงื่อนไขของของไหลจริง
สรุป
วาล์วบ่าเอียงเป็นวาล์วที่ใช้งานได้ดีกับการเปิด-ปิดของไหลอุณหภูมิสูงและของไหลที่มีสิ่งแปลกปลอม ด้วยแรงต้านการไหลต่ำจากโครงสร้างบ่าวาล์วเอียง และการที่ลิ้นวาล์วยกตัวได้มาก การรองรับอุณหภูมิสูงและความสามารถในการไม่สะสมตกค้างจะเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อมีการเลือกวัสดุและการตรวจสอบเงื่อนไขของของไหลและการทำงานประกอบกัน
หากท่านมีข้อกังวล เช่น “อยากทราบข้อกำหนดที่ใช้ได้กับสายไอน้ำอุณหภูมิสูง” “ของไหลมีอนุภาคปะปนและกังวลเรื่องการอุดตัน” “ไม่สามารถตัดสินได้ว่าค่า Cv หรือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการเหมาะสมหรือไม่” หรือ “ต้องการเลือกสินค้าเทียบเท่ากับวาล์วที่ติดตั้งอยู่เดิม” กรุณาแจ้งเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ของไหล อุณหภูมิ แรงดัน และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง Yoshitake ยินดีช่วยท่านเลือกข้อกำหนดที่เหมาะสม