มินิบอลวาล์ว / Mini Ball Valves คืออะไร

วัสดุมีความสำคัญเนื่องจากต้องดูด้วยว่าสามารถใช้ร่วมกับสารเคมีและสื่อมีเดียกลางที่ไหลผ่านอุปกรณ์ได้หรือไม่ และคํานึงถึงความปลอดภัยในการอุปโภคบริโภค เพราะวาล์วอาจต้องสัมผัสวัตถุดิบที่ใช้ในระบบของอุตสาหกรรมการผลิตอาหารและเครื่องดื่มได้

แม้ว่าบอลวาล์วจะมีการออกแบบที่เรียบง่าย แต่ทั้งหมดมีส่วนประกอบภายใน ส่วนประกอบเหล่านี้อาจมีวัสดุแตกต่างจากตัววาล์ว ความแตกต่างของวัสดุส่งผลต่อการใช้ร่วมกันได้ของวาล์วกับสารเคมี ส่วนผสมทางเคมี หรือก๊าซต่างๆ ที่ไหลผ่านตัววาล์ว ส่วนที่สัมผัสกับสื่อโดยตรงเรียกว่า Wetted Parts

ส่วนประกอบของบอลวาล์วโดยทั่วไป:

• ซีล (Seal)
• บ่าวาล์ว (Valve Seat)
• ตัวเรือน (Valve Body)
• ด้ามจับ (Valve Handle)
• ก้านวาล์ว/แกน (Valve Stem)
• แพ็คกิ้งหรือโอริง (Valve Packing)

วัสดุของบอลวาล์วที่ปลอดภัยสำหรับการสัมผัสโดยตรงกับน้ำดื่มและอาหาร:

ชิ้นส่วนที่สัมผัสกับผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคโดยตรงอยู่ภายใต้การควบคุมตามระเบียบข้อบังคับที่เข้มงวดมาก ผู้ผลิตอุปกรณ์อาหารเชิงพาณิชย์และอุปกรณ์แปรรูปอาหารมีหน้าที่รับผิดชอบในการใช้วัสดุที่สอดคล้องกับระเบียบข้อบังคับขององค์การอาหารและยา หรือ FDA กฎครอบคลุมทั้งวัตถุดิบ การผลิตที่ปลอดภัยและถูกสุขลักษณะ การบริโภคที่เหมาะสม และวัสดุทุกอย่างที่สัมผัสกับอาหารโดยตรง ส่วน NSF ซึ่งเป็นผู้นำของโลกในด้านการรับรองผลิตภัณฑ์สำหรับความปลอดภัยของอาหาร โดยจะมุ่งเน้นไปที่อาหาร น้ำ อากาศภายในสถานที่ และสิ่งแวดล้อม จะดำเนินการทดสอบผลิตภัณฑ์และวิเคราะห์วัสดุผ่านการตรวจสอบสถานประกอบการที่ไม่ได้แจ้งให้ทราบล่วงหน้า การพัฒนาผลิตภัณฑ์จะได้รับการประเมินทุกแง่มุมอย่างละเอียดถี่ถ้วนก่อนจะได้รับใบรับรอง

เมื่อซื้ออาหารและน้ำควรดูว่าผู้ผลิตระบุไว้อย่างชัดเจนว่าผลิตภัณฑ์ของพวกเขาทำจากวาล์วที่มีวัสดุที่ได้มาตรฐานหรือวัสดุที่ได้รับการรับรองสำหรับการสัมผัสกับอาหารหรือน้ำดื่มหรือไม่ ควรดูข้างขวดว่ามีการรับรองโดย FDA หรือ NSF หรือไม่ ที่ฟลูเทค เรามีผลิตภัณฑ์ฟู้ดเกรด (Food Grade) หลากหลายประเภทที่มีคุณภาพสูง ทันสมัย และถูกสุขลักษณะ

การใช้งานบางอย่างอาจต้องใช้วาล์วที่ผ่านการรับรองจาก NSF หากเป็นเช่นนั้น ผู้ผลิตอาจต้องให้ข้อมูลการรับรอง NSF นี้กับผู้ตรวจสอบ Auditor ตอนการตรวจประเมินภายในสำหรับองค์กรของผู้ผลิตว่าเป็นไปตามข้อกำหนด (Manufacturring Process Audit / Factory Audit) ส่วนมาก วัสดุที่ได้รับการรับรองจาก NSF ยังได้รับการรับรองจาก FDA ว่าเป็นไปตามข้อกำหนด ได้มาตรฐาน ถูกสุขอนามัย

ตัวอย่างมาตรฐานวัสดุและส่วนประกอบสำหรับอาหารและน้ำดื่ม:

• FDA Code of Federal Regulations Title 21 parts 170 through 199
• NSF/ANSI/CAN Standard 61 Drinking Water System Components
• NSF/ANSI Standard 51 Plastic Material and Components Used in Food Equipment

ตัวอย่างของผลกระทบที่เกิดจากบอลวาล์ววัสดุประเภทต่างๆ:

บอลวาล์วมักจะใช้การออกแบบ Soft Seat ที่วัสดุของบ่าวาล์วเป็นยางหรือพลาสติก การใช้วัสดุที่นุ่มเหล่านี้ทำให้ได้ซีลที่ยืดหยุ่น น้ำหนักเบา และราคาถูกกว่าวัสดุที่ใช้กับ Hard Metal Seat  เนื่องจากบอลวาล์วโลหะที่มีบ่าลวาล์วโพลิเมอร์นั้น จะมีขีดจำกัดอุณหภูมิในการทำงานสูงมากกว่า ตัวอย่างของผลกระทบที่เกิดจากบอลวาล์ววัสดุประเภทต่างๆ:

• พลาสติกทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าโลหะ
• วาล์วโลหะมักจะมีแรงดันระเบิด (Burst Pressure) สูงกว่าพลาสติก
• วาล์วโลหะมักจะมีอุณหภูมิในการทำงาน (Operating Temperature) สูงกว่าพลาสติก

มินิบอลวาล์วที่พบมากที่สุดคือแบบ 2 ทาง ที่มีสองพอร์ตหรือการเชื่อมต่อ ฟังก์ชันวงจรวาล์ว หรือ ทิศทางการไหลภายในบอลวาล์วของมินิบอลวาล์วเป็นตัวตัดสินว่าควรเลือกสเปคแบบไหน 2-Way Ball Valve สามารถรองรับการไหลที่มีแรงดันพอประมาณจากทั้งสองพอร์ตโดยไม่รั่วหรือสึกหรอก่อนเวลาอันควร ส่วนใน One-Way Valve หรือ เช็ควาล์ว (Check Valve) สื่อสามารถไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น บอลวาล์วทางเดียวมี Seat เดียวสำหรับปิดผนึกลูกบอล นอกจากให้พื้นผิวการซีลแล้ว บ่าวาล์วยังให้พื้นผิวที่กระจายแรงที่กดกับลูกบอลอย่างสม่ำเสมอ ซีลของ One-Way Ball Valve นั้นไม่สามารถรับมือกับแรงดันต้นน้ำ (Upstream Pressure) ทําให้เกิดการรั่วและยังไม่ทนต่อการสึกหรอที่เกิดจากแรงดันต้นน้ำนี้อีกด้วย แม้จะมีข้อเสียเหล่านี้ บอลวาล์วทิศทางเดียว (Unidirectional Ball Valves) ก็เป็นตัวเลือกที่นิยมเนื่องจากมีต้นทุนที่ต่ำมาก

Miniature Ball Valve ที่พบมากที่สุดคือบอลวาล์วแบบสองพอร์ต ตัวเลือกที่ให้เลือกระหว่างบอลวาล์วแบบทางเดียว (One-Way) หรือแบบสองทาง (Two-Way) อาจปรากฏขึ้นเมื่อมีบอลวาล์วโลหะที่สามารถจัดการกับแรงดันที่ค่อนข้างสูงได้ โดยปกติแล้วจะอยู่ที่ประมาณ 200 psi หรือมากกว่า ความแตกต่างระหว่างบอลวาล์วทางเดียวและบอลวาล์วสองทางคือทิศทางการไหลของสื่อ

บอลวาล์ว 1-Way ไม่ทนต่อแรงดันต้นทาง แต่ยังไม่ทนต่อการสึกหรออีกด้วย แม้จะมีข้อจำกัด ทนแรงดันสูงไม่ได้ แต่บอลวาล์วทิศทางเดียวแบบ Unidirectional ก็มีต้นทุนต่ำ และใช้ในงานมาตรฐานที่มีความดันต่ำได้ดี

บอลวาล์ว 2-Way และ 3-Way เป็นบอลวาล์วประเภทที่พบมากที่สุด บอลวาล์ว 3-ทาง มีประโยชน์อย่างยิ่งเนื่องจากสามารถติดตั้งในลักษณะที่ทำให้การควบคุมการไหลของก๊าซและของไหลง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เพื่อเปลี่ยนทิศทางการไหลของน้ำมันจากถังหนึ่งไปยังอีกถังหนึ่ง ใน Mini Three-Way Ball Valves แบบหัวบังคับ 1 จ่าย 2 (สามทาง) จะมีการออกแบบของบอลภายในวาล์วสองประเภท ซึ่งก็คือ แบบ L-Port และ T-Port

3-way ball valve with L or T bore, full bore

มีความจำเป็นอย่างยิ่งที่ข้อกำหนดทางเทคนิค หรือ Technical Specifications จะต้องได้รับมาอย่างครบถ้วน สมบูรณ์ ข้อกำหนดทางเทคนิคจําเป็นต้องมีความถูกต้องและละเอียด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ข้อมูลของอุณหภูมิสูงสุด (Maximum Operating Temperature) และ แรงดันใช้งานสูงสุด (Maximum Opeating Pressure) ในการเลือกสินค้าให้ตรงตามสเปคและแอพพลิเคชั่นการใช้งาน

ตัวอย่างข้อกำหนดทางเทคนิคที่ควรมี:

• Blow Out Proof Stems — บอลวาล์วที่มีก้านป้องกันการระเบิดออก (Blow-Out Proof Stems) มีองค์ประกอบการออกแบบเชิงกลที่ป้องกันไม่ให้แรงดันไฟกระชากสูง (High-Pressure Surge Prevention) พัดก้านวาล์วออกจากตัววาล์ว
• Cold Working Pressure (CWP) — CWP คือแรงดันใช้งานสูงสุดที่วาล์วสามารถรับได้ที่อุณหภูมิระหว่าง -29°C ถึง 38°C sinv ประมาณ -20°F ถึง 100°F
• Operating Temperature Range — Operating Temperature คือ อุณหภูมิแวดล้อม หรือ อุณหภูมิของตัวกลางที่อยู่ล้อมรอบสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ และคือช่วงอุณหภูมิที่คำนวณจากการวิเคราะห์ปัจจัยต่างๆ มากมาย เช่น วัสดุ ที่คิดไว้แล้วว่าอุปกรณ์จะสามารถทํางานได้อย่างปกติ วาล์วที่ใช้ภายใต้ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ถูกกําหนดไว้แล้ว จะทําให้ไม่เกิดความเสียหายหรือความล้มเหลวต่อส่วนประกอบใดๆ ช่วยยืดอายุการใช้งานของวาล์วอีกด้วย
• Flow Coefficient (Cv) and Flow Efficiency — Flow Coefficientคือค่าที่บอกความสามารถของวาล์วว่ายอมให้น้ำไหลผ่านได้ในอัตราเท่าใดที่ค่า ΔP ต่างๆ ก็ได้ Cv แสดงถึงประสิทธิภาพของก๊าซหรือของเหลวที่สามารถไหลผ่านท่อ ข้อต่อ หรือวาล์ว ส่วน Flow Efficiency คือ ประสิทธิภาพของอัตราการไหล ผู้ผลิตหลายรายให้ข้อมูลจำเพาะของบอลวาล์ว รวมถึงค่าสัมประสิทธิ์การไหล หากทราบ Cv ของวาล์วสองตัว และค่า Cv ของวาล์วตัวหนึ่งสูงกว่าอีกตัว จะหมายความว่า วาล์วดังกล่าวให้อัตราการไหลที่สูงกว่าภายใต้สภาวะการทำงานเดียวกัน
• Maximum Operating Pressure and Temperature — Maximum Safe Operating Pressure / Max Allowable Working Pressure (MAWP) หรือ PSI Rating คือ ความดันสูงสุดที่อุปกรณ์สามารถทนได้จริง ซึ่งค่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำงานปลอดภัยสูงสุด

ประสิทธิภาพการไหล (Flow Efficiency) คืออะไร?

ประสิทธิภาพการไหลทําหน้าที่วัดความต้านทานการไหล ไม่ว่าจะน้อยหรือมากเพียงใด เมื่อของไหลหรือก๊าซไหลผ่านวาล์ว ข้อต่อ หรือท่อ บอลวาล์วมุมฉาก (Right-Angle) สร้างกระแสไหลวนแบบปั่นป่วนหรือการไหลที่ไม่เป็นระเบียบ (Flow Turbulence) ซึ่งโดยทั่วไปเกิดขึ้นกับของไหลที่มีค่าความหนืดต่ำ (Low Viscosity) และทำให้มีความต้านทานต่อการไหลมากกว่าวาล์วแบบไหลตรง บอลวาล์วแบบตรง (Straight) มีแรงดันตกคร่อมวาล์วที่ค่อนข้างต่ำกว่าวาล์วประเภทอื่น การออกแบบบอลวาล์วแบบเต็มพอร์ตหรือแบบไหลเต็มให้ประสิทธิภาพการไหลที่ดียิ่งขึ้น

Ball Valve Basic Flow Direction Diagram

บอลวาล์วแบบเต็มพอร์ตมีลูกวาล์วที่มีรูลอดผ่านเข้าไปโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเท่ากับท่อหรือท่อที่ต่อกับวาล์ว บอลวาล์วพอร์ตมาตรฐานใช้บอลที่มีพอร์ตเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าการไหลเข้าและออกจากวาล์ว การไหลที่ตีบตันนี้ลดประสิทธิภาพการไหลและสร้างแรงดันตกคร่อมวาล์วที่สูงขึ้น

บอลวาล์วพอร์ตแบบเต็มเทียบ (Full Port) vs. พอร์ตมาตรฐาน (Standard Port):

• ฟูลพอร์ตวาล์วมีขนาดใหญ่กว่า
• บอลวาล์วแบบเต็มพอร์ตมีราคาแพงกว่า
• บอลวาล์วแบบเต็มพอร์ตมีประสิทธิภาพการไหลสูงที่สุด
• บอลวาล์วแบบเต็มพอร์ตมีประสิทธิภาพมากกว่าและมีอัตราการไหลสูงกว่าบอลวาล์วพอร์ตมาตรฐาน