Entre los usuarios que utilizan válvulas de globo de gran diámetro a diario, es frecuente que reporten problemas como la dificultad para cerrarlas en fluidos con una diferencia de presión relativamente grande, como vapor o agua a alta presión. Al intentar cerrarlas con fuerza, suelen producirse fugas y resulta difícil lograr un cierre hermético. Este problema se debe al diseño estructural de la válvula y a un par de torsión insuficiente para la fuerza humana.

Análisis de la dificultad en el cambio de válvulas de gran diámetro

La fuerza de salida horizontal máxima de un adulto promedio es de 60 a 90 kg, dependiendo de la complexión física de cada persona.

Generalmente, la dirección del flujo de la válvula de globo está diseñada para que la entrada sea baja y la salida alta. Cuando una persona cierra la válvula, el cuerpo humano empuja el volante para que gire horizontalmente, de modo que la aleta de la válvula se mueva hacia abajo para realizar el cierre. En este momento, es necesario superar la combinación de tres fuerzas, a saber:

(1) Fuerza de empuje axial Fa;

(2) Fuerza de fricción Fb entre el empaque y el vástago de la válvula;

(3) La fuerza de fricción de contacto Fc entre el vástago de la válvula y el núcleo del disco de la válvula.

La suma de los momentos es ∑M=(Fa+Fb+Fc)R

Se puede observar que cuanto mayor es el diámetro, mayor es la fuerza de empuje axial. Cuando está cerca del estado cerrado, la fuerza de empuje axial es casi igual a la presión real de la red de tuberías (debido a que P1-P2≈P1, P2=0).

Por ejemplo, se utiliza una válvula de globo de calibre DN200 en una tubería de vapor de 10 bar, solo el primer empuje axial de cierre Fa=10×πr2=3140 kg, y la fuerza circular horizontal requerida para el cierre está cerca del límite de fuerza circular horizontal que pueden generar los cuerpos humanos normales, por lo que es muy difícil para una persona cerrar completamente la válvula en esta condición.

Por supuesto, algunas fábricas recomiendan instalar dichas válvulas al revés, lo que soluciona el problema de que sean difíciles de cerrar, pero también existe el problema de que sean difíciles de abrir después de estar cerradas.

Análisis de las causas de fugas internas en válvulas de globo de gran diámetro

Las válvulas de globo de gran diámetro se utilizan generalmente en salidas de calderas, cilindros principales, tuberías de vapor y otros lugares. Estos lugares presentan los siguientes problemas:
(1) Generalmente, la diferencia de presión a la salida de la caldera es relativamente grande, por lo que el caudal de vapor también es mayor, y el daño por erosión en la superficie de sellado también es mayor. Además, la eficiencia de combustión de la caldera no puede ser del 100%, lo que provoca que el vapor a la salida de la caldera tenga un alto contenido de agua, lo que fácilmente causa cavitación y daños por cavitación en la superficie de sellado de la válvula.

(2) En el caso de la válvula de cierre cerca de la salida de la caldera y el subcilindro, debido a que el vapor que acaba de salir de la caldera presenta un fenómeno de sobrecalentamiento intermitente, durante su saturación, si el tratamiento de ablandamiento del agua de la caldera no es muy bueno, parte del agua suele precipitar sustancias ácidas y alcalinas que provocan corrosión y erosión en la superficie de sellado; algunas sustancias cristalizables también pueden adherirse a la superficie de sellado de la válvula y cristalizar, lo que impide que la válvula selle herméticamente.

(3) Para las válvulas de entrada y salida de los subcilindros, el consumo de vapor después de la válvula es grande y a veces pequeño debido a los requisitos de producción y otras razones. Provoca erosión, cavitación y otros daños en la superficie de sellado de la válvula.

(4) Generalmente, al abrir una tubería de gran diámetro, es necesario precalentarla. Este proceso suele requerir el paso de un pequeño flujo de vapor para que la tubería se caliente de forma gradual y uniforme hasta cierto punto antes de abrir completamente la válvula de cierre, evitando así daños. Un calentamiento rápido provoca una expansión excesiva que daña algunas conexiones. Sin embargo, en este proceso, la apertura de la válvula suele ser muy pequeña, lo que genera una erosión mucho mayor que la normal y reduce considerablemente la vida útil de la superficie de sellado de la válvula.

Soluciones a las dificultades en la conmutación de válvulas de globo de gran diámetro

(1) En primer lugar, se recomienda elegir una válvula de globo sellada con fuelle, que evita la influencia de la resistencia por fricción de la válvula de émbolo y la válvula de empaquetadura, y facilita el cambio.

(2) El núcleo y el asiento de la válvula deben estar hechos de materiales con buena resistencia a la erosión y al desgaste, como el carburo de estelita;

(3) Se recomienda adoptar una estructura de doble disco de válvula, que no cause una erosión excesiva debido a la pequeña abertura, lo que afectará la vida útil y el efecto de sellado.