การออกแบบไดอะแฟรมที่แตกต่างกันมีอะไรบ้าง และข้อดีของแต่ละแบบคืออะไร

การเลือกวัสดุไดอะแฟรมสำหรับสมรรถนะด้านเคมี ความร้อน และกลไก

ไดอะแฟรมจากยาง, EPDM, FKM และแบบเคลือบ PTFE: การจับคู่องค์ประกอบทางเคมีให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของกระบวนการ

การเลือกวัสดุไดอะแฟรมที่เหมาะสมต้องพิจารณาหลายปัจจัยร่วมกัน: สารเคมีใดที่วัสดุจะสัมผัส ความร้อนที่วัสดุสามารถทนได้มากน้อยเพียงใด และแรงเครียดทางกลที่วัสดุต้องเผชิญ ยางธรรมชาติและ SBR เป็นตัวเลือกที่ยืดหยุ่นได้ดี แต่จะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับไฮโดรคาร์บอน EPDM มีความโดดเด่นในด้านความต้านทานต่อน้ำ ไอน้ำ อัลคาไล และกรดอ่อนๆ ทำให้วัสดุนี้เหมาะสำหรับใช้งานในระบบน้ำดื่ม กระบวนการล้างทำความสะอาดในโรงงานยา และอุปกรณ์ทำความร้อนหรือทำความเย็น อย่างไรก็ตาม EPDM มีปัญหาอย่างมากเมื่อสัมผัสกับน้ำมัน เคโตน และตัวทำละลายที่มีคลอรีน ซึ่งมักทำให้วัสดุเสียหายอย่างสิ้นเชิง ยางฟลูออโรคาร์บอน (FKM) สามารถทนต่อเชื้อเพลิง สารอะโรมาติก และน้ำมันแร่ แม้ในอุณหภูมิสูงประมาณ 350 องศาฟาเรนไฮต์ แต่ต้องระมัดระวังเมื่อสัมผัสกับไอน้ำร้อนหรือเบสเข้มข้น เพราะ FKM จะทำงานได้ไม่ดีในสภาวะดังกล่าว ไดอะแฟรมที่มีแผ่น PTFE รองด้านในมีความต้านทานต่อสารเคมีที่ดีที่สุดเท่าที่มีในปัจจุบัน รวมถึงสารที่กัดกร่อนรุนแรง เช่น กรดไนตริก และคลอรีนไดออกไซด์ อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้มีข้อจำกัดตรงที่อายุการใช้งานสั้นลงเมื่อต้องงอซ้ำๆ ทนต่อการสึกหรอได้ไม่ดี และเกิดความเสียหายได้ง่ายหากจัดการไม่ถูกต้องระหว่างการติดตั้งหรือการใช้งาน

ความเข้ากันได้ทางเคมีและการลดค่าประสิทธิภาพ: เหตุใดขีดจำกัดอุณหภูมิและความดันจึงแตกต่างกันไปตามวัสดุไดอะแฟรม

เส้นโค้งการลดค่าไม่ได้ใช้ได้ทั่วไปกับทุกกรณี เพราะโดยทั่วไปแล้วมันแสดงให้เราเห็นว่าวัสดุต่างๆ จะตอบสนองอย่างไรเมื่อถูกสัมผัสกับความร้อนและสารเคมีร่วมกัน ยกตัวอย่างเช่น EPDM ซึ่งสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดได้ดีในอุณหภูมิไม่เกินประมาณ 150 องศาฟาเรนไฮต์ แต่จะเริ่มสูญเสียความแข็งแรงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิสูงถึงประมาณ 200 องศา สำหรับซีล FKM โดยทั่วไปสามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิกว้าง แต่จะแข็งมากเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าลบ 20 องศาฟาเรนไฮต์ ทำให้มีแนวโน้มแตกหักได้ง่ายในสภาวะเย็น ไดอะแฟรมที่บุด้วย PTFE สามารถต้านทานสารเคมีเกือบทุกชนิดได้ไม่ว่าระดับ pH จะเป็นเท่าใด แต่ชิ้นส่วนเหล่านี้จะกลายเป็นเปราะที่อุณหภูมิต่ำมาก และสึกหรอเร็วหากมีการยืดหยุ่นใกล้ค่าสูงสุดที่กำหนดไว้ประมาณ 220 องศาฟาเรนไฮต์ ข้อมูลจากอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่า การใช้อุปกรณ์ที่ทำงานสูงกว่าค่าที่แนะนำสำหรับวัสดุเพียง 10% อาจทำให้อายุการใช้งานลดลงประมาณ 20% และนี่คือสิ่งสำคัญที่ควรจำไว้ ความเข้มข้นมีผลอย่างมาก แม้แต่สารทำละลายที่ไม่เหมาะสมเพียงเล็กน้อยก็มีความสำคัญมาก เราเคยพบกรณีที่มีเพียงแค่ 0.5% ของอะซิโตนผสมอยู่ในของเหลวที่ควรจะเข้ากันได้กับ EPDM ก็ทำให้เกิดความล้มเหลวเร็วกว่าปกติถึงสามเท่า ตามผลการทดสอบมาตรฐาน ASTM D471 ดังนั้นอย่าพึ่งพาแนวทางความเข้ากันได้ทั่วไป เพื่อความแน่ใจควรตรวจสอบแผนภูมิจากผู้ผลิตเฉพาะรายก่อนตัดสินใจเลือกวัสดุ

รูปร่างของไดอะแฟรมและพฤติกรรมการโค้งงอ: ผลกระทบต่ออายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือ

ลักษณะตามแนวรัศมีเทียบกับลักษณะกรวย: การกระจายแรงเครียด, ความต้านทานต่อการเหนี่ยวนำ, และการคาดการณ์อายุการใช้งาน

วิธีที่ไดอะแฟรมแบบเรเดียลและแบบกรวยจัดการกับแรงเครียดระหว่างการทำงาน คือสิ่งที่ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมากในเรื่องอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือ ไดอะแฟรมแบบเรเดียลมีบริเวณยืดหยุ่นเป็นรูปวงกลมที่ช่วยกระจายแรงดัดอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว การกระจายแรงอย่างเท่าเทียมนี้ช่วยป้องกันจุดร้อน (hot spots) ที่เกิดจากการรวมตัวของแรงเครียดมากเกินไป ซึ่งหมายความว่าไดอะแฟรมเหล่านี้สามารถใช้งานได้นานกว่า 100,000 รอบ ในการใช้งานที่มีความดันประมาณ 60 ถึง 125 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว โดยเฉพาะเมื่อใช้วัสดุที่ทนทาน เช่น ยาง EPDM ในทางกลับกัน ไดอะแฟรมแบบกรวยมักจะสะสมแรงเครียดไว้ที่ส่วนยอดของส่วนที่ลดขนาดลง สร้างจุดที่วิศวกรเรียกว่า "จุดบานพับ (hinge point)" ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวภายใต้แรงเครียดซ้ำ ๆ เมื่อเปรียบเทียบในสภาวะความดันที่เหมือนกัน ไดอะแฟรมแบบกรวยโดยทั่วไปสามารถใช้งานได้เพียงประมาณ 60 ถึง 70% ของไดอะแฟรมแบบเรเดียล ผู้ผลิตส่วนใหญ่จะใช้การจำลองแบบที่เรียกว่า การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (finite element analysis - FEA) เพื่อดูภาพรวมว่าแรงเครียดเหล่านี้กระจายตัวอย่างไร ก่อนตัดสินใจออกแบบขั้นสุดท้าย ในสถานการณ์จริง ไดอะแฟรมแบบเรเดียลมักเป็นตัวเลือกหลักสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องทำงานซ้ำแล้วซ้ำอีกหลายพันหรือหลายหมื่นครั้ง เช่น ในกระบวนการผสมตามลำดับ (batching processes) หรือระบบทำความสะอาด อย่างไรก็ตาม บางครั้งข้อจำกัดด้านพื้นที่ หรือความต้องการใช้งานที่เบากว่า อาจทำให้ไดอะแฟรมแบบกรวยยังคงเป็นตัวเลือกที่น่าพิจารณา แม้อายุการใช้งานจะสั้นกว่า

การออกแบบตัววาล์วและระบบรวมไดอะแฟรม: Weir เทียบกับ Straight-Through เพื่อประสิทธิภาพสูงสุดของไดอะแฟรม

ตัววาล์วไม่ใช่เพียงแค่ที่ครอบเท่านั้น—แต่มันยังควบคุมการรับแรงของไดอะแฟรม ความเคลื่อนไหวของของไหล และความสมบูรณ์ของการปิดผนึกในระยะยาว โครงสร้างหลักสองแบบ ได้แก่ weir และ straight-through —เป็นตัวกำหนดว่าพลังงานเชิงกลถ่ายโอนไปยังไดอะแฟรมอย่างไร และตัวกลางกระบวนการมีปฏิสัมพันธ์กับผิวปิดผนึกอย่างไร

การออกแบบแบบ Weir: การยกที่ควบคุมได้ ความแม่นยำในการควบคุมการไหล และลดแรงดัดที่กระทำต่อไดอะแฟรม

วาล์วแบบ Weir มีลักษณะเป็นพื้นที่อานที่ยกสูงขึ้นมา ซึ่งเป็นจุดที่ไดอะแฟรมสัมผัสโดยตรง การออกแบบนี้ทำงานต่างจากที่นั่งแบบเรียบธรรมดา เพราะช่วยลดปริมาณการโค้งงอของไดอะแฟรมในขณะที่เปิดและปิด ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าสามารถลดการเคลื่อนไหวแบบยืดหยุ่นได้ประมาณ 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ แทนที่จะต้องเคลื่อนไหวไปมาอย่างมาก วาล์วเหล่านี้จะเกิดการบีบอัดที่มุมเล็กกว่า สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรในทางปฏิบัติ? หมายถึงความเครียดต่อวัสดุที่ลดลง โดยทั่วไประบบทั้งหมดจะควบคุมระดับแรงดึงสูงสุดไว้ไม่เกินประมาณ 0.8% ซึ่งยังคงอยู่ในขีดจำกัดอย่างปลอดภัยที่วัสดุ EPDM และ FKM สามารถรองรับได้โดยไม่เสื่อมสภาพ สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ เช่น การผลิตยาหรือการแปรรูปสารเคมี วาล์วเหล่านี้ให้ความแม่นยำในการควบคุมการไหลอยู่ที่ประมาณ ±1.5% และจากการใช้งานจริงพบว่าวาล์วเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าวาล์วทั่วไปประมาณสองเท่า ในระหว่างการทำงานที่ต้องเปิด-ปิดซ้ำๆ นอกจากนี้ยังมีประโยชน์อีกประการหนึ่งที่ควรกล่าวถึง นั่นคือ รูปร่างของ Weir ช่วยดูดซับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันฉับพลันและการสั่นสะเทือนจาการไหลของของเหลว ทำให้ไดอะแฟรมไม่สึกหรออย่างรวดเร็วจากแรงเคลื่อนไหวต่อเนื่องดังกล่าว

ดีไซน์แบบผ่านตรง: เส้นทางการไหลที่ทำความสะอาดตัวเองได้ ปริมาตรของสารตกค้างต่ำ และเหมาะสมสำหรับการใช้งานในงานสุขอนามัย/ของเหลวข้น

วาล์วแบบสเตรททรู (Straight through valves) ช่วยกำจัดอุปสรรคภายในทั้งหมดที่ขัดขวางการไหลของของเหลว โดยสร้างเส้นทางการไหลที่เปิดโล่งอย่างสมบูรณ์และเรียงแนวพอดีกับท่อนั้นเอง ตามผลการทดสอบภายใต้มาตรฐาน ASME BPE วาล์วชนิดนี้สามารถป้องกันไม่ให้อนุภาคติดค้างได้ประมาณ 97% ในกรณีที่เกี่ยวข้องกับของเหลวข้นที่มีฤทธิ์กัดกร่อน นอกจากนี้ยังทิ้งปริมาตรตกค้างไว้ไม่ถึง 0.1% ของความจุท่อทั้งหมด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงสามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านสุขอนามัยที่เข้มงวดในงานประยุกต์ใช้งานด้านชีวเภสัชภัณฑ์ อีกทั้งยังสามารถจัดการกับสารที่มีความหนืดสูงมากได้ถึง 50,000 เซนติโพสโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหาการไหลหรือการสั่นสะเทือนของกระแส อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือ เนื่องจากไม่มีตัวหยุดกลไกในตัว ไดอะแฟรมจำเป็นต้องยืดตัวข้ามไปตลอดทางโดยไม่มีการรองรับ ส่งผลให้เกิดแรงเครียดเพิ่มขึ้นประมาณ 40% เมื่อเทียบกับการออกแบบแบบ weir type ความเครียดที่เพิ่มขึ้นนี้ต่อชิ้นส่วนประกอบ รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าวาล์วเหล่านี้ไม่เหมาะสำหรับการปรับละเอียด (โดยทั่วไปควบคุมได้เพียง +/- 5-8%) ทำให้วาล์วประเภทนี้ไม่เหมาะสมในกรณีที่ต้องการการปรับระดับอย่างแม่นยำ แต่ในสถานการณ์ที่สิ่งต่าง ๆ เช่น การระบายน้ำอย่างเหมาะสม การทำความสะอาดที่ง่าย หรือการเคลื่อนย้ายวัสดุแข็งมีความสำคัญที่สุด วาล์วแบบสเตรททรูทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม ยกตัวอย่างเช่น โรงงานบำบัดน้ำเสีย โรงงานแปรรูปอาหาร หรือสถานที่ใด ๆ ที่ต้องดำเนินการถ่ายโอนของเหลวจำนวนมากภายใต้สภาพปลอดเชื้ออย่างมีประสิทธิภาพ

คำถามที่พบบ่อย

ควรพิจารณาปัจจัยใดบ้างเมื่อเลือกวัสดุไดอะแฟรม

การเลือกควรพิจารณาจากการสัมผัสสารเคมี ความทนทานต่ออุณหภูมิ และแรงเครียดเชิงกล วัสดุแต่ละชนิด เช่น EPDM, FKM และ PTFE มีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกัน ซึ่งควรวิเคราะห์ตามความต้องการของกระบวนการเฉพาะ

ทำไมจึงสำคัญที่ต้องตรวจสอบตารางความเข้ากันได้จากผู้ผลิตแต่ละราย

ตารางความเข้ากันได้จากผู้ผลิตรายบุคคลให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการตอบสนองของวัสดุภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ เช่น การสัมผัสสารเคมีและอุณหภูมิ ซึ่งอาจแตกต่างไปจากแนวทางทั่วไปอย่างมาก สิ่งนี้มีความสำคัญต่อการตัดสินใจเลือกวัสดุอย่างมีข้อมูลประกอบ

การออกแบบไดอะแฟรมแบบเรเดียลและแบบกรวยมีผลต่ออายุการใช้งานอย่างไร

ไดอะแฟรมแบบเรเดียลกระจายแรงเครียดได้อย่างสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้มีอายุการใช้งานยาวนานและเชื่อถือได้มากกว่า ในขณะที่การออกแบบแบบกรวยจะสร้างจุดรับแรงเครียดและโดยทั่วไปมีความทนทานน้อยกว่า

การออกแบบวาล์วแบบ weir-type มีข้อดีอย่างไร

วาล์วแบบ Weir มีข้อดีคือควบคุมการยกได้อย่างแม่นยำ เพิ่มความถูกต้องในการปรับอัตราการไหล และลดแรงดัดงอของไดอะแฟรม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งกับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ

ควรใช้วาล์วที่มีการออกแบบแบบทางผ่านตรงเมื่อใด

การออกแบบแบบทางผ่านตรงเหมาะสมในงานที่ต้องการความสามารถในการทำความสะอาดตัวเอง ปริมาตรของสื่อที่ค้างต่ำ และรองรับสื่อที่มีความหนืดหรือกัดกร่อน เช่น ในการบำบัดน้ำเสียหรือกระบวนการผลิตอาหาร