Venttiili

Venttiili on laite, jonka tehtävänä on estää, säätää tai sallia nesteiden tai kaasujen virtausta. Venttiileitä on esimerkiksi hydrauliikan ja pneumatiikan komponentteina ja polttomoottorien osina. Myös vesijohtoverkoissa olevat hanat ovat venttiileitä. Joidenkin venttiilien (kuten varoventtiilien) toiminta perustuu paine-eroon, mutta useimpia venttiilejä ohjataan erillisellä toimilaitteella (jota kutsutaan joskus myös aktuaattoriksi). Polttomoottorissa on venttiilikoneisto ohjaamassa sen venttiilien toimintaa.

Vesiputkissa olevia venttiilejä voidaan säätää pyörittämällä kuvassa näkyviä karoja.

Käyttökohteet

Venttiileitä on monenlaisia, ja niitä käytetään hyvin erilaisissa paikoissa. Usein venttiilit on mitoitettu jonkin putkikoon nimellishalkaisijan mukaan. Standardoitujen liitoskohtien vuoksi eri valmistajien venttiilit ovat vaihtokelpoisia. Putkistoventtiilien koot vaihtelevat pienistä, muutaman millimetrin putkihalkaisijoista yli metrin putkihalkaisijoihin. Jotkin venttiilit ovat kertakäyttöisiä ja halpoja, mutta toiset on tarkoitettu hyvin vaativiin tarkoituksiin, joten ne ovat hyvin hintavia. Arkipäiväisiä venttiilejä ovat spraypullojen painikkeet ja vesihanat. Teollisuudessa venttiilejä käytetään paljon prosessiteollisuudessa ja voimalaitoksissa.

Kuvan vesihana on rakenteellisesti lautasventtiili. Kahvaa kierrettäessä lautanen painuu istukkaa vasten ja veden virtaus loppuu.

Venttiilien rakenteet

Runko

Pesä on venttiilin osa jonka kautta virtaus tapahtuu. Sulkuelin on sijoitettu pesään siten että se voi sallia estää tai säädellä virtausta.

Venttiilillä on usein runko, josta muodostuu tiivis kotelo venttiilin osille.

Useita venttiileitä voidaan sijoittaa samaan runkoon ja tällaista rakennetta nimitetään venttiililohkoksi. Venttiililohkoja käytetään usein työkoneiden hydrauliikassa.

Venttiilirunko on yleensä metallia, esimerkiksi pronssia, alumiinia tai ruostumatonta terästä. Jos venttiilin ei tarvitse kestää isoja paineita ja sen halutaan kestävän hyvin kemikaaleja, voidaan käyttää myös muovia. Laboratorioissa käytetään myös lasia venttiilien runkoon ja muihinkin osiin.

Liitospäät

Venttiilirungossa on kaksi tai useampia yhteiksi kutsuttuja liitospintoja, joista venttiili liittyy putkistoon. Laippayhteessä venttiilin laippa ja putken laippa liitetään yhteen puristamalla tiiviste laippojen väliin ruuveilla. Osa venttiileistä hitsataan kiinni putkeen. Muita liitosmenetelmiä ovat kierreliitokset ja pikaliittimet. Liitokset on standardoitu ja liitos mitoitetaan putken halkaisijan mukaan.

Sulkuelimet

Venttiilin rungon sisällä on osa, joka liikkuessaan vaikuttaa virtaukseen säätäen sitä tai sulkien sen. Tällainen osa voi olla niin sanottu lautanen, jota joko käännetään virtauksessa (läppäventtiili) tai liikutetaan virtauksen suunnassa (lautasventtiili) tai jota siirretään poikittais­suunnassa (luistiventtiili) virtaukseen nähden. Palloventtiilissä on palloon porattu reikä, ja palloa kääntämällä virtausta saadaan säädettyä.

Istukka

Venttiilin istukka on rungon pinta, jota vasten lautanen tiivistyy. Usein istukan ja venttiilin lautasen, pallon tai -luistin välissä on tiiviste.

Käyttömekanismi

Kara on tanko, jolla siirretään toimilaitteelta tai kääntökahvasta liikevoima lautaseen tai palloon. Kara voi kääntyä, kuten pallo- ja läppäventtiileissä, tai se voi liikkua lineaarisesti, kuten luisti- ja lautasventtiileissä.

Manuaalisesti ratista toimiva venttiili (vasemmalla).

Venttiilien luokittelu toiminnan mukaan

Sulkuventtiili estää tai sallii virtauksen. Suuntaventtiilin avulla voidaan valita virtauksen suunta. Vastaventtiili estää virtauksen toiseen suuntaan ja sallii vastakkaiseen suuntaan. Varoventtiili päästää väliainetta pois järjestelmästä jos paine nousee liian korkeaksi ja sulkeutuu paineen alennuttua sallitulle tasolle. Paineenrajoitusventtiili ohjaa väliaineen virtausta siten että paine pysyy määrätyn rajan alapuolella.

Venttiilien luokittelu sulkuelimen mukaan

Istukkaventtiileissä virtaus estetään painamalla sulkuelin virtauksen suuntaiseti tiivistyspintaa vasten. Luistiventtiileissä virtaus estetään työntämällä luisti pesään kohtisuorasti virtaussuuntaan nähden. Kalvoventtiileissä virtausta säädellään ohuen elementin muodonmuutoksien avulla. Läppäventtiileissä on pesässä läppä jota kiertämällä virtaus voidaan estää. Tulppa- ja palloventtiilit avataan pyörittämällä sulkuelimessä oleva reikä pesän virtausaukkojen kohdalle.

Venttiilirakenteita ja toimintoja

2-tieventtiilissä on yhde tulevalle ja lähtevälle virtaukselle. Kyseessä voi olla sulkuventtiili, jossa on vain asennot auki ja kiinni, tai säätöventtiili, jonka lautasen tai luistin liike on tarkasti säädettävissä. Esimerkki säätöventtiilistä on neulaventtiili, jonka virtausta säätävä kapea ja pitkä kartiomainen luistiosa ("neula") liikkuu avattaessa hitaasti ja kasvattaa virtausta hallitusti. Virtauksen määrä riippuu putkikoosta, materiaalista ja paine-erosta, joten venttiiliin on vaikea merkitä virtausmäärä­asteikkoa. Virtausta mitataankin yleensä erillisillä massavirtamittareilla.

Venttiilillä voi olla perusasento, jossa se on joko auki tai kiinni. Normaaliasento on voitu venttiilirakenteeseen toteuttaa jousella. Esimerkiksi hätäsulkuventtiilit, joilla häiriötilanteissa eristetään putkiston osia, ovat auki ohjaussähkövirran ollessa päällä ja sulkeutuvat heti, jos sähköt katkeavat. Käytössä ne ovat normaalisti auki olevia venttiileitä.

Yleensä venttiileissä on virtaussuunta määrätty. Venttiilit on suunniteltu joko sulkeutumaan siten, että paine-ero painaa lautasta istukkaa ja tiivistettä vasten, mikä lisää tiivistysvoimaa, tai toimilaitteessa on niin paljon voimaa, että se voittaa paine-eron. Väärin päin asennettu venttiili vuotaa tai ei toimi.

Painesäädin on venttiili, jolla voidaan pitää paine virtaussuunnassa säätimen jälkeen vakiona. Näitä käytetään usein kaasupulloissa, joissa voi olla varsin korkea paine (200–300 baaria).

3-tieventtiilissä on 3 yhdettä. Sellainen on esimerkiksi hana, jossa on yhteet tulevalle kuumalle ja kylmälle vedelle sekä poistoputken yhde. Teollisessa käytössä on usein sellaisia 3-tieventtiileitä, jossa on yksi sisään tulevan virtauksen yhde ja kaksi poistuvan virtauksen yhdettä. Näistä poistuvista virtauksista on käytössä yksi kerrallaan. 3-tieventtiilit ovat usein palloventtiilejä.

Venttiilin käyttäminen

Käsikäyttöisiä venttiileitä käytetään paikoissa, joissa niiden asentoa tarvitsee muuttaa harvoin, esimerkiksi vain huollon yhteydessä. Teollisuudessa venttiileitä yleensä ohjaa sähköinen tai paineilma­käyttöinen (pneumaattinen) toimilaite. Sähköiset toimilaitteet ovat joko moottorilla varustettuja tai niissä on solenoidi. Paineilmatoimisissa on sylinteri.

Useimmat paineilmaventtiilit ovat esiohjattuja. Esiohjatuissa venttiileissä on pieni, solenoiditoiminen apuventtiili, jonka avaaminen saa paine-eron luistin erottamissa osissa kasvamaan niin suureksi, että luisti siirtyy toiseen päätyasemaan. Venttiilillä ohjattava kaasu saa aikaan voiman venttiilin asennon muuttamiseen ja tiivistymiseen. Esiohjausta käytettäessä apuventtiili voi olla suhteellisen pieni ja vaatii silloin myös vähän energiaa. Apuventtiilin käyttö aiheuttaa viivettä, mutta yleensä on kyse sekunnin osista.

Paineilmaventtiileissä on usein myös kytketty useita venttiilejä samaan luistiin. Esimerkiksi paineilmasylintereitä ohjataan venttiilillä, jossa on venttiiliosa paineilman johtamiseksi sylinterin männän liikesuunnan taakse ja venttiiliosa, joka päästää paineet pois männän liikesuunnan edestä.

Venttiilien luokittelu

Venttiilikoot määräytyvät putkikoon mukaan. Venttiilit ovat myös osa putkistoa ja paineastiaa, joten niitä koskevat paineastia­lainsäädännön velvoitteet. Venttiileille on määrätty käyttölämpötila ja painerajat. Lisäksi putkistoissa virtaava kemikaali asettaa vaatimuksia venttiilien ja tiivisteiden materiaaleille. Venttiileihin voi kohdistua muitakin vaatimuksia virtausmäärän, painehäviön tai melun suhteen.

Venttiilityyppejä

• venttiilikoneisto,
• palloventtiili
• läppäventtiili
• yksisuuntaventtiili, josta käytetään myös nimeä takaiskuventtiili tai takaimusuoja (estää muun muassa pesukoneen pesuveden valumisen takaisin juomavesiputkistoon, jos sen paine alenee esimerkiksi putkirikon vuoksi)
• nelitieventtiili
• kalvoventtiili, jota käytetään paljon kaasuputkistoissa, kun vaaditaan suurta puhtautta
• paineenalennusventtiili
• porttiventtiili, esimerkiksi tyhjiökammioissa käsiteltävien esineiden lataukseen
• ylipaineventtiili eli varoventtiili, joka on yleensä suljettu jousivoimalla ja aukeaa paineen noustessa liian suureksi.
• neulaventtiili
• kuristusventtiili
• letkuventtiili, jossa toimilaite puristaa kumisen letkun kasaan virtauksen säätämiseksi
• virtaventtiili

Aiheesta muualla

• Veli Hulkkonen: Fluid Klinikka, Pneumatiikka, venttiilit (pdf) Fluid Finland 1-2008. Omnipress Oy. Viitattu 25.8.2013.^{[vanhentunut linkki]}