Scelta delle valvole di non ritorno per le condotte di risalita delle pompe

Le valvole di ritegno a battente standard falliscono sulle colonne montanti delle pompe perché si chiudono troppo tardi. Quando la pompa decelera in seguito a un intervento, il flusso nel collettore principale ascendente rallenta e poi si inverte. Un disco di ritegno a battente si muove con il flusso inverso, accelerando prima di sbattere sulla sede in velocità. Il transitorio di pressione che ne deriva può essere molte volte superiore alla pressione di esercizio allo stato stazionario e può rompere le giunzioni dei tubi, spaccare i raccordi e danneggiare la valvola di ritegno stessa. La risposta corretta è una valvola che si chiude prima che si sviluppi un flusso inverso significativo.

Come si verifica lo slam

Quando il flusso della pompa si riduce, la colonna d'acqua nel collettore principale continua a decelerare per gravità e attrito. Nel periodo che intercorre tra l'intervento della pompa e la chiusura del disco, la colonna si inverte: l'acqua scorre all'indietro attraverso la valvola di non ritorno. Il disco accelera in questo flusso inverso, accumulando slancio, prima di colpire la sede a velocità elevata. L'impatto genera un'onda di pressione che risale la conduttura principale.

La gravità dello slam dipende dalla velocità del flusso inverso al momento della chiusura. Questa è determinata dal profilo della condotta, dalla prevalenza statica, dalla costante di tempo della combinazione pompa-motore e dalla vicinanza della valvola di non ritorno alla pompa. Sulle condutture lunghe e sulle pendenze ripide, le velocità inverse al momento della chiusura possono essere sufficientemente elevate da produrre pressioni transitorie ben al di sopra della portata del tubo. I controlli a battente standard senza molla non hanno un meccanismo di chiusura prima che si sviluppi il flusso inverso.

Design assiale a molla: Da DN50 a DN350

Le valvole di non ritorno a molla utilizzano una molla coassiale per mantenere il disco in posizione quasi chiusa durante la decelerazione della pompa, in modo che il disco raggiunga la sede prima che si sviluppi un flusso inverso significativo. Quando il flusso della pompa inizia, il disco si apre contro la molla; quando il flusso diminuisce, la molla chiude il disco progressivamente, anziché aspettare che il flusso inverso lo spinga. La chiusura è dolce e la velocità del disco al momento dell'inserimento è bassa.

Per i DN50 a DN350, il design assiale a molla è abbastanza compatto da poter essere inserito in un cursore flangiato standard. Non sono necessarie tubazioni esterne o connessioni pilota. Il tasso della molla può essere specificato per la pressione di rottura richiesta, che deve corrispondere alla portata minima prevista della pompa in servizio continuo, per evitare una chiusura parziale indesiderata in condizioni di bassa portata.

La perdita di carico è superiore a quella di un controllo a battente a pieno flusso, perché il disco coassiale crea un'ostruzione maggiore rispetto a un disco a battente. Per la maggior parte delle applicazioni di collettori principali ascendenti, questa penalizzazione è accettabile. Nelle condotte molto lunghe, dove il costo dell'energia di pompaggio domina il costo dell'intera vita, può essere giustificata una dimensione maggiore del corpo per una velocità inferiore.

Valvole di ritegno per ugelli: Da DN400 a DN1200

Per il DN400 e oltre, il disco assiale caricato a molla diventa impraticabile: la forza della molla necessaria per chiudere un disco di grandi dimensioni a velocità sicura è troppo elevata per mantenere una bassa perdita di carico. Le valvole di ritegno a ugello utilizzano una geometria diversa. Un corpo a forma di ugello contrae il flusso attraverso una sezione Venturi, e un disco conico su un'asta di guida centrale si chiude contro la gola dell'ugello.

La geometria Venturi converte l'energia cinetica in recupero di pressione a valle del disco, producendo una perdita di carico complessiva inferiore rispetto a qualsiasi altro design di valvola di ritegno. In combinazione con una molla di chiusura leggera, il disco si chiude delicatamente quando il flusso decelera, senza attendere l'inversione del flusso. Il risultato è una prestazione senza sbalzi con un coefficiente di perdita di carico inferiore a quello di una valvola di ritegno a battente ben progettata, che è preziosa sulle grandi reti, dove i costi dell'energia di pompaggio su una vita utile di 30 anni sono significativi.

L'installazione deve consentire l'estensione della dimensione faccia a faccia del corpo dell'ugello, che è più lungo di un cursore flangiato standard dello stesso diametro. La valvola deve essere installata su un asse orizzontale o leggermente inclinato verso l'alto per consentire il drenaggio all'arresto della pompa.

Requisiti per l'installazione

Le valvole di non ritorno devono essere installate il più vicino possibile alla mandata della pompa: l'ideale è un raggio di cinque-dieci diametri di tubo. Più la valvola è lontana dalla pompa, più tempo ha il flusso inverso per svilupparsi prima che il disco si chiuda.

Per evitare che i vortici raggiungano il disco, è necessario un minimo di cinque diametri di tubo diritto a monte. Gomiti, raccordi a T e valvole di isolamento parzialmente aperte entro questa distanza creeranno profili di velocità non uniformi che causano il flutter del disco durante il funzionamento a bassa portata, finendo per affaticare la guida del disco o la molla.

La valvola deve essere in grado di chiudersi completamente contro la massima contropressione che il sistema può imporre, compresa la prevalenza statica del collettore principale ascendente all'altezza della colonna. Specifichi al produttore la pressione differenziale massima alla chiusura, in quanto la selezione della molla deve soddisfare questo carico.