วาล์วแต่ละประเภทแตกต่างกันอย่างไร

What are different types of Valve?

ลูกค้าหลายๆท่าน อาจจะมีข้อสงสัยว่าทำไมวาล์วถึงมีหลายชนิดจัง วาล์วแต่ละชนิดมีความแตกต่างกันอย่างไรบ้าง

ในบทความนี้จะอธิบายถึงวาล์วแต่ละชนิดกับการใช้งานของวาล์วชนิดนั้นๆนะครับ

1. Gate Valve

เกทวาล์ว (Gate valve) หรือ วาล์วประตูน้ำ เป็นวาล์วที่ใช้กันแพร่หลายอย่างมากทั้งตามโรงงานอุตสาหกรรม และตามบ้านเรือน โดยปกติแล้วท่อน้ำที่ต่อแยกออกมาจากท่อหลัก ก่อนเข้ามิเตอร์จะต้องมีวาล์วปิด-เปิดอยู่ตัวหนึ่ง ซึ่งวาล์วตัวนี้คือ Gate Valve

บางที่จะติดตั้ง เกทวาล์ว (Gate valve) ไว้ทางด้านขาออกจากมิเตอร์ด้วย แต่บางที่จะติดตั้ง Check Valve (วาล์วกันการไหลย้อนกลับ) ไว้ทางด้านทางออกของมิเตอร์แทน เหตุที่ต้องมีการติดตั้ง เกทวาล์ว (Gate valve) ไว้ก่อนเข้ามิเตอร์เพื่อที่จะได้ถอดมิเตอร์ออกได้ ไม่ว่าจะเป็นการถอดเพื่อเปลี่ยน หรือ ซ่อม

โครงสร้างของเกทวาล์ว (Gate valve) นั้นจะมีส่วนที่เป็นแผ่นจาน (Disk) ที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย เลื่อนขึ้น-ลงในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหล เมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่งปิด แรงดันของของไหลทางด้าน Upstream จะดันตัว Disk ให้ไปยันกับตัว Body ของวาล์วที่อยู่ทางด้าน Downstream เป็นการปิดผนึกไม่ให้ของไหลไหลผ่านไปได้

ข้อดีของ เกทวาล์ว (Gate valve) คือมีความกว้าง (วัดในทิศทางการไหล) ไม่มาก ทำให้ใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อย ค่าความดันลด (Pressure Drop) คร่อมวาล์วต่ำมากเมื่อวาล์วเปิดเต็มที่ เหมาะสำหรับงานประเภทปิด-เปิด แต่วาล์วชนิดนี้จะไม่เหมาะสำหรับใช้ในการควบคุมการไหลเพราะความสัมพันธ์ระหว่างระยะที่วาล์วเปิดกับอัตราการไหลนั้นไม่ดี (กล่าวคือบางช่วงวาล์วขยับเพียงเล็กน้อยจะมีอัตราการไหลเปลี่ยนแปลงเยอะ แต่บางช่วงวาล์วขยับไปเยอะแต่อัตราการไหลเปลี่ยนเพียงเล็กน้อย) และไม่เหมาะกับการเปิดหรี่หรือเปิดเพียงเล็กน้อย (Crack Opening) เช่นหมุน Hand Wheel เพียงแค่ไม่ถึง 1 รอบ เพียงแค่รู้สึกว่ามีของไหลเริ่มไหลผ่านก็หยุดหมุน (รู้ได้โดยจะมีเสียงเกิดขึ้นเมื่อมีของไหลไหลรอดผ่านช่องเปิดเล็ก ๆ ที่อยู่ระหว่างใต้แผ่นจานกับ Seat Ring ข้างล่าง) เพราะในขณะที่วาล์วเปิดเพียงเล็กน้อยนั้น ของไหลจะไหลผ่านด้วยความเร็วที่สูงมาก และมีความดันที่ต่ำ (Pressure Head เปลี่ยนไปเป็น Velocity Head) จะทำให้ตัวแผ่นจานเกิดการสั่นอย่างรุนแรงจนสามารถทำให้ตัวแผ่นจานหรือ Seat ของตัว Body เองเกิดการสึกหรอได้ ซึ่งจะทำให้ไม่สามารถปิดวาล์วได้สนิทอีกต่อไป

2. Globe valve

โกลบวาล์ว (Globe Valve) เป็นวาล์วที่ออกแบบมาเพื่อใช้ควบคุมอัตราการไหลของของไหล ตัวอย่างการใช้งานวาล์วประเภทนี้ได้แก่ก๊อกน้ำที่ใช้กันอยู่ในบ้านหรือในห้องน้ำทั่วไปที่เป็นแบบหัวหมุนได้หลายรอบ

โกลบวาล์ว (Globe Valve) เป็นวาล์วที่มีการระบุทิศทางการไหล โดยด้านข้างของตัววาล์วจะมีลูกศรระบุว่าต้องให้ของไหลไหลเข้าทางด้านไหนและออกทางด้านไหน

จากโครงสร้างของวาล์ว จะเห็นได้ว่าของเหลวที่ไหลผ่านตัววาล์วจะมีการหักเลี้ยวหลายครั้งแม้ว่าวาล์วจะเปิดเต็มที่ก็ตาม ทำให้ความดันลดคร่อมตัว โกลบวาล์ว (Globe Valve) สูงกว่าของ เกทวาล์ว (Gate Valve)

การปิด-เปิดวาล์วจะอาศัยการปิด-เปิดแผ่น Disk ที่วางตัวอยู่ในแนวเดียวกันกับทิศทางการไหล (ทิศทางการไหลในที่นี้คือจากซ้ายไปขวา) กับช่องเปิดที่อยู่ในแนวเดียวกันกับทิศทางการไหลเช่นเดียวกัน โดยเมื่อของไหลไหลเข้ามาในตัววาล์วนั้น ของไหลจะถูกบังคับให้ไหลลงล่างและหักเลี้ยวขึ้นข้างบน ไหลผ่านช่องว่างที่อยู่ระหว่างช่องเปิดกับแผ่น Disk การปรับขนาดของช่องว่างทำได้โดยการเลื่อนแผ่น Disk ขึ้น-ลง ซึ่งเมื่อแผ่น Disk เลื่อนสูงขึ้น ช่องว่างก็จะเปิดมากขึ้น ของไหลก็จะไหลผ่านได้เร็วขึ้น

ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลของของไหลที่ไหลผ่านวาล์วกับระยะการเคลื่อนที่ของ Disk นั้นจะขึ้นอยู่กับการออกแบบรูปร่างช่องเปิดและรูปล่างของตัว Disk โดยไม่จำเป็นต้องมีรูปแบบเป็นจานแบน อาจมีรูปร่างโค้งหรือเป็นรูปกรวยหัวตัดหรือหัวมนแบบต่าง ๆ ก็ได้ โดยการใช้รูปแบบที่เหมาะสมเราก็สามารถได้วาล์วที่มีความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลกับระยะการเคลื่อนที่ของ Disk ในรูปแบบต่าง ๆ เช่นรูปแบบที่เป็นเส้นตรง (กล่าวคือถ้าวาล์วเปิด 10%ของไหลก็จะไหลผ่านด้วยอัตรา 10% ของอัตราการไหลสูงสุด ถ้าวาล์วเปิด 50% ของไหลก็จะไหลผ่านด้วยอัตรา 50% ของอัตราการไหลสูงสุด) หรือจะให้เป็นวาล์วที่ให้อัตราการไหลเกือบเต็มที่เมื่อวาล์วเปิดเพียงเล็กน้อยก็ได้ (เมื่อเริ่มเปิดวาล์วเพียงเล็กน้อย ของไหลจะไหลผ่านวาล์วด้วยอัตราการไหลที่สูงเกือบเท่าอัตราการไหลสูงสุด และเมื่อเปิดวาล์วมากขึ้นต่อไปอีก อัตราการไหลก็ไม่ได้เพิ่มมากเท่าใดนักเพราะว่าอยู่ใกล้อัตราการไหลสูงสุดแล้ว) ดังนั้น โกลบวาล์ว (Globe Valve) จึงเป็นวาล์วที่เหมาะสำหรับใช้ปรับอัตราการไหล

จากรูปจะเห็นได้ว่าแรงดันที่ของไหลกระทำต่อแผ่น Disk นั้นจะอยู่ในทิศทางการเคลื่อนที่ของแผ่น Disk หมายความว่าอยู่ในแนวแกนของก้านวาล์ว (stem) การปิดวาล์วอาศัยการหมุนก้านวาล์วให้แผ่น Disk กดติดกับ Seat ของช่องเปิด (ตัว Seat จะมีวัสดุที่อ่อนกว่าแผ่น Disk รองอยู่ เพื่อให้แผ่น Disk แนบสนิทกับตัว Seat เพื่อป้องกันการรั่วไหล และยังป้องกันไม่ให้แผ่น Disk เสียหายเมื่อถูกกดให้แนบกับผิวช่องเปิด) ไม่ได้อาศัยแรงกดของของไหลในการดันแผ่น Disk ให้แนบกับ Seat เหมือนในกรณีของ เกทวาล์ว (Gate Valve) ด้วยเหตุนี้ในกรณีที่ความดันด้าน Upstream และ Downstream แตกต่างกันมากในขณะที่วาล์วปิด การเปิด โกลบวาล์ว (Globe Valve) จึงทำได้ง่ายกว่าการเปิด เกทวาล์ว (Gate Valve) และโดยการอาศัยการขันอัดแผ่น Disk ให้แนบกับ Seat นั้น จึงทำให้ โกลบวาล์ว (Globe Valve) ปิดได้แน่นสนิทกว่า เกทวาล์ว (Gate Valve)

โกลบวาล์ว (Globe Valve) บางชนิดถูกออกแบบมาให้ตัวแผ่น Disk ไม่ยึดแน่นอยู่กับก้านวาล์ว แต่หมุนไปมาได้ ทั้งนี้เพื่อให้ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งของแผ่น Disk สัมผัสกับตำแหน่งเดิมบน seat ทุกครั้งที่ปิดวาล์ว เพื่อที่จะทำให้แผ่น Disk เองมีการสึกหรอที่สม่ำเสมอ

ข้อเสียของ โกลบวาล์ว (Globe Valve) นอกเหนือไปจากการมีความดันลดที่สูงแล้ว ก็คือขนาดและน้ำหนักของวาล์วที่มีค่ามากกว่าของ เกทวาล์ว (Gate Valve) ยิ่งขนาดของวาล์วใหญ่ขึ้นก็จะมีขนาดและน้ำหนักที่มากขึ้นตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้ในกรณีของท่อขนาดใหญ่ที่ความดันด้าน Upstream และ Downstream ต่างกันมาก การใช้ โกลบวาล์ว (Globe Valve) ขนาดใหญ่จะทำให้มีความดันลดในท่อสูงและต้องมีฐานรองรับตัววาล์วที่แข็งแรงกว่าการใช้ เกทวาล์ว (Gate Valve) หรือกรณีของของไหลที่ร้อน (เช่นท่อไอน้ำ) ที่ด้าน Downstream ของท่อยังเย็นอยู่ซึ่งในช่วงแรกต้องค่อย ๆ อุ่นท่อด้าน Downstream ให้ร้อนขึ้นอย่างช้า ๆ เพื่อป้องกันการเกิด Thermal Shock หรือ Water Hammer (ในกรณีท่อไอน้ำ) ซึ่งทำได้โดยการค่อย ๆ เปิดวาล์วที่ละน้อย ๆ จนท่อเริ่มร้อนขึ้น และเปิดเพิ่มขึ้นทีละนิดไปเรื่อย ๆ ซึ่งการควบคุมการไหลขนาดน้อย ๆ นี้ โกลบวาล์ว (Globe Valve) ตัวใหญ่จะทำได้ไม่ดี

การแก้ปัญหาจะกระทำโดยการใช้ เกทวาล์ว (Gate Valve) ตัวใหญ่ในการทำหน้าที่ปิด-เปิดท่อหลัก (เช่นท่อหลักอาจมีขนาด 12 นิ้ว) และมี โกลบวาล์ว (Globe Valve) ตัวเล็กในท่อ bypass ที่มีขนาดเล็กกว่าท่อหลักที่อ้อมผ่าน เกทวาล์ว (Gate Valve) โดยเมื่อเริ่มทำการเปิดท่อนั้นจะเริ่มจากการค่อย ๆ เปิด โกลบวาล์ว (Globe Valve) ที่อยู่บนท่อ Bypass จะเมื่อความดันหรืออุณหภูมิทางด้าน Downstream อยู่ที่ระดับที่เหมาะสมแล้วก็จะทำการเปิด เกทวาล์ว (Gate Valve) ตัวใหญ่ที่อยู่บนท่อหลักได้ และปิด โกลบวาล์ว (Globe Valve) ที่อยู่บนท่อ Bypass
ในกรณีของของไหลที่มีของแข็งปนอยู่ ของแข็งนั้นอาจตกค้างบนผิว Seat ทำให้เกิดปัญหา โกลบวาล์ว (Globe Valve) ปิดได้ไม่สนิทเช่นเดียวกันกับ เกทวาล์ว (Gate Valve)

3. Ball Valve

บอลวาล์ว (Ball Valve) เป็นวาล์วที่ได้รับความนิยมในปัจจุบัน ทั้งตามโรงงานอุตสาหกรรมและตามอาคารบ้านเรือนต่าง ๆ ที่ใช้ก๊อกน้ำแบบที่เป็นก้านหมุนเพียง 90 องศาก็สามารถเปิดวาล์วได้เต็มที่หรือปิดวาล์วได้สนิท

ส่วนที่ทำหน้าที่ปิด-เปิดของบอลวาล์ว (Ball Valve) คือตัวลูกบอลที่มีรูเจาะทะลุอยู่ตรงกลาง โดยการหมุนให้รูเจาะทะลุอยู่ในแนวท่อก็จะเป็นการเปิดวาล์วเต็มที่ และการหมุนให้รูเจาะทะลุอยู่ในแนวตั้งฉากกับท่อก็จะเป็นการปิดวาล์ว การปรับอัตราการไหลทำได้โดยการบิดให้ลูกบอลทำมุมระหว่างตำแหน่งเปิดเต็มที่และตำแหน่งปิด

เมื่อเทียบกับ เกทวาล์ว (Gate Valve) ที่ใช้กับท่อขนาดเดียวกันแล้วบอลวาล์ว (Ball Valve) จะมีขนาดใหญ่กว่าและหนักกว่า เนื่องจากการใช้ลูกบอลแทนแผ่นจาน (Disc) ในการปิด-เปิดวาล์ว และยังต้องใช้พื้นที่โดยรอบที่กว้างกว่าในการเปิดปิดวาล์ว เช่น หากบอลวาล์ว (Ball Valve) สำหรับท่อขนาด 6 นิ้วจะใช้ก้านหมุนที่มีรัศมีประมาณ 1 เมตร

ในการปิด-เปิดวาล์ววาล์วขนาดใหญ่บางตัวจึงแก้ปัญหาด้วยการใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยเฟืองทดในการบิดลูกบอลให้หมุนไปมา ซึ่งทำให้ประหยัดพื้นที่แต่ก็ไปลดความเร็วในการปิด-เปิดลง บอลวาล์ว (Ball Valve) ที่ใช้กันในโรงงานนั้นตัวก้านหมุนจะไม่ยึดติดกับแกนหมุน แต่จะถอดออกได้ เวลาใช้ก็จะสวมครอบลงไปเหมือนกับการใช้ประแจขันนอต การที่ทำให้ถอดก้านหมุนวาล์วออกได้ก็เพื่อไม่ให้ก้านหมุนยื่นออกมาเกะกะหรือทำให้วาล์วหมุนเนื่องจากคนเดินชนโดยไม่ตั้งใจได้ การดูว่าวาล์วอยู่ในตำแหน่งเปิดหรือปิดจึงต้องดูจากร่องบากที่อยู่บนแกนหมุนลูกบอล

บอลวาล์ว (Ball Valve) ก็มีข้อดีตรงที่สามารถปิดสนิทหรือเปิดเต็มที่ได้อย่างรวดเร็ว รับความดันได้สูง ใช้งานได้ดีกับของไหลที่มีของแข็งปะปนอยู่ ในกรณีของบอลวาล์ว (Ball Valve) ที่ใช้กับของไหลที่อันตรายหรือที่ในระบบที่มีความดันสูงนั้น ตัวท่อเจาะทะลุที่ให้ของไหลไหลผ่านจะมีรูระบายความดันซึ่งเป็นรูเจาะทะลุเล็ก ๆ อยู่ในแนวตั้งฉากกับช่องทางให้ของไหลไหลผ่าน ในการปิดวาล์วนั้นจะต้องติดตั้งวาล์วให้รูระบายความดันนั้นหันออกไปทางด้าน Downstream เพื่อเป็นการระบายความดันหรือสารเคมีต่าง ๆ ที่ตกค้างอยู่ในช่องทางการไหลออกไป

บอลวาล์ว (Ball Valve) อาจใช้วัสดุพอลิเมอร์ เป็นตัวปิดผนึกกันการรั่วซึมระหว่าง Body ของตัววาล์วกับตัวลูกบอล ซึ่งวัสดุพอลิเมอร์มักจะทนอุณหภูมิสูงสู้โลหะไม่ได้ ดังนั้นในการใช้งาน บอลวาล์ว (Ball Valve) จึงต้องคำนึงถึงอุณหภูมิการใช้งานด้วย

4. Butterfly Valve

บัตเตอร์ฟลายวาล์ว (Butterfly Valve) หรือ วาล์วปีผีเสื้อ ทำหน้าที่ได้เช่นเดียวกันกับบอลวาล์ว (Ball Valve) โดยโครงสร้างของ บัตเตอร์ฟลายวาล์ว (Butterfly Valve) นั้นจะใช้แผ่นจาน (Disc) หมุนไปมา โดยจะเป็นการเปิดเต็มที่ถ้าทำมุม 90 องศากับทิศทางการไหล และถ้าหมุนแผ่นจาน (Disc) ตั้งฉากกับทิศทางการไหลก็จะเป็นการปิดวาล์ว

การที่ใช้แผ่นจานแทนการใช้ลูกบอลในการปิดกั้นการไหล จึงทำให้บัตเตอร์ฟลายวาล์ว (Butterfly Valve) มีขนาดเล็กกว่า แคบกว่า และเบากว่า บอลวาล์ว (Ball Valve)  แต่โครงสร้างที่เป็นแผ่นจานดังกล่าวทำให้ไม่สามารถรับแรงดันและอุณหภูมิที่สูงได้ ดังนั้นเราจึงมักเห็นการใช้ บัตเตอร์ฟลายวาล์ว (Butterfly Valve) ในท่อขนาดใหญ่กับสารที่ไม่มีอันตรายใด ๆ เช่นท่อน้ำหล่อเย็น ท่ออากาศของระบบทำความเย็น

จากการที่ใช้การหมุนแผ่นจานในการขวางทิศทางการไหล ทำให้ตัวแผ่นจาน (Disc) ถูกของไหลดันให้หมุนไปจากตำแหน่งที่ต้องการได้ ดังนั้นเราจึงมักเห็นก้านหมุน บัตเตอร์ฟลาย (Butterfly Valve) จะมีเฟืองสำหรับตรึงตำแหน่งวาล์วว่าจะให้ปิด–เปิดมากน้อยเท่าใด

5. Check Valve

เช็ควาล์ว (Check Valve) เรียกอีกชื่อนึงว่า วาล์วกันกลับ (Non-Return Valve) คืออุปกรณ์ในระบบน้ำ ทำหน้าที่ควบคุมให้น้ำไหลไปในทิศทางเดียว ป้องกันไม่ให้น้ำไหลย้อนกลับเมื่อปั๊มน้ำหยุดทำงาน ใช้ติดตั้งคู่กับปั๊มน้ำ เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำไหลย้อนกลับเข้าตัวปั๊มเมื่อไม่มีการเปิดใช้น้ำ หากน้ำไหลย้อนกลับเข้าปั๊มจะได้ให้ระบบรวน นำไปสู่อายุการใช้งานที่ไม่เหมาะสม

5.1 Swing Check Valve

สวิงเช็ควาล์ว (Swing Check Valve) เป็นวาล์วชนิดปิดกั้นน้ำ ให้น้ำไหลได้ในทางเดียว ติดตั้งได้ในเฉพาะแนวนอน การทำงานของวาล์วชนิดนี้ จะเป็นไปโดยอัตโนมัติ คือน้ำจะไหลผ่านวาล์วได้ไปในทิศทางที่น้ำไหลเข้ามา แต่ถ้ามีแรงดันของน้ำไหลย้อนกลับ ลิ้นที่อยู่ภายในจะปิดกั้นทันทีครับ เช็ควาล์วที่มีคุณภาพจะต้องผลิตจากทองเหลืองที่มีคุณภาพ เพื่อป้องกันการเกิดสนิม จะมีอายุการใช้งานได้ยาวนานเลยล่ะครับบบ

5.2 Wafer Check Valve

เวเฟอร์ เช็ควาล์ว (Wafer Check Valve) เป็นวาล์วกันกลับแบบ Wafer Design มีขนาดกระทัดรัด ลดพื้นที่การใช้งาน ลดวัสดุที่ใช้และลดน้ำหนักบนท่อเมื่อติดตั้ง

• Single-Plate Wafer Check Valve
• Dual-Plate Wafer Check Valve