
Pallopellistin perusidea juontaa juurensa tuhansien vuosien taakse niihin vanhoihin Arkhimedeen kehittämiin nosteeseen liittyviin periaatteisiin. Kun vedenpinta nousee säiliössä tai varastossa, sen sisällä oleva pienten ilmapallonen liikkuu ylöspäin vedenpinnan mukana. Palloon on kiinnitetty vipuvipu, joka alkaa laskeutua asteittain sulkeutumisasento päin sitä mukaa kuin pallo nousee ylemmäs. Tietyllä kohdalla, kun olemme saavuttaneet sen kohdan, johon vedentaso on asetettu, koko systeemi lukkiutuu yhtäkkiä kiinni estäen lisäveden tuloa. Melko vaikuttavaa oikeastaan, kuinka nämä mekaaniset systeemit pystyvät säätämään itseään ilman sähköä ollenkaan. Useimmat mallit pitävät myös tarkasti, pysyen noin plusmiinus viiden prosentin tarkkuudella siitä tasosta, jonka haluamme ylläpitää, kuten viime vuonna julkaistussa vesiväyläraportissa vahvistettiin.
Järjestelmä koostuu neljästä keskeisestä osasta:
Jokaisen komponentin suunnittelu vaikuttaa suoraan luotettavuuteen. Korroosiovastoiset materiaalit, kuten ruostumaton teräs, pidentävät huoltoväliä 15–20 vuoteen kunta-applikaatioissa ja takaavat pitkän aikavälin toiminnon myös aggressiivisissa olosuhteissa.
Pallopopin kaareva muoto takaa itse asiassa paremman kosketuksen vesipintaan, mikä auttaa ylläpitämään vakaa kelluvuuden myös silloin, kun veden pinnalla on kohinaa. Uudemmissa malleissa on säädettävät kiertymäkohdat vipuvarren pituudella, joten teknikot voivat säätää sulkupeitopisteitä melko tarkasti, ehkä noin 2 senttimetrin tarkkuudella. Nämä mekaaniset suunnittelut erottuvat erityisesti kalvoventtiileihin verrattuna, koska niissä ei ole kumiosia, jotka kulumattomana ajan myötä. Tämä tekee niistä paljon tehokkaampia paikoissa, joissa vedessä on paljon kiintoainetta, kuten suurissa maatilojen kastelujärvissä, joita näkee maan halki.
Pallon kellumisperiaatteisiin perustuva vesitason säätö toimii palloventtiileissä. Kun veden taso laskee, myös kellukke laskee ja avaa venttiilin, jolloin lisää vettä voi tulla sisään. Päinvastoin käy, kun veden taso nousee: kelluketta nostetaan, kunnes se saavuttaa sulkemiskohdan. Näiden venttiilien erityisen luotettavaksi tekee se, että ne jatkavat toimintaansa myös ilman sähköä. Useimmat näillä varustetut säiliöt eivät vuoda lainkaan – itse asiassa noin 9 kymmenestä asennuksesta pysyy kuivana, kuten American Water Works Associationin vuoden 2022 tutkimus osoitti. Ja niiden harvinaisten sähkökatkojen aikana? Anturijärjestelmät yleensä epäonnistuvat täysin, kun taas palloventtiilit jatkavat rauhassa tehtäviään.
Moderni venttiilit ovat varustetut säädettävillä käsivarrella ja painotetulla kellukkeella, joiden ansiosta vedenpinnan tarkkuus säilyy ±1,5 cm sisällä. Kuivuuteen alttiiden alueiden kunnallishallinnot käyttävät näitä säätöjä optimoimaan varastointikapasiteettia kausikysynnän suhteen, säilyttäen vuosittain 15–20 % enemmän vettä verrattuna kiinteätasoihin järjestelmiin.
Yhdysvaltojen keskivälikunnassa sijaitseva kaupunki vähensi pumpun käyntikertoja 73 % uudistamalla 12 säiliötä korroosionkestävillä pallo-kellukkeen venttiileillä. Tämä leikkasi energiakuluja 18 000 dollarilla vuodessa ja ylläpiti jatkuvaa toimittamista vuoden 2023 ennennäkemättömänä kuivuutena.
Palloventtiilit tarjoavat 99,4 %:n käyttövarmuuden 10 vuoden käyttöiän aikana (Mechanical Engineering Journal, 2021), mikä ylittää elektronisten vaihtoehtojen käyttövarmuuden, joille tarvitaan säännöllistä kalibrointia. Vaikka älykkäät anturit mahdollistavat kaukokatselemisen, 84 %:lla jätevesilaitoksista säilytetään mekaanisia venttiileitä ensisijaisina turvatoimina niiden kestävyyden vuoksi salamoiden ja sähkömagneettisten pulssien (EMP) vaikutuksia vastaan.
Palloventtiilit ovat erittäin tärkeitä turvalaitteita kotien vesijärjestelmissä. Ne pitävät vesitason oikeanlaisena vessojen johka- ja varastotynnyreissä ympäri taloa. Näiden venttiilien periaate on itse asiassa varsin yksinkertainen. Kun säiliö täyttyy, kelluvapallo nousee ja estää veden virtaamisen sisään. Tämä auttaa estämään ne ärsyttävät tulvat, joita kaikki ovat nähneet. Joidenkin äskettäin julkaistujen tietojen mukaan Water Efficiency Report 2023 -julkaisusta, noin 18 prosenttia vesihukista johtuu rikkoutuneista tai viallisista säiliömekanismeista. Näin ollen näiden venttiilien oikea toiminta tekee suuren eron kotien vesien säästössä.
Pallokellot ovat tulleet melko yleiseksi kaupallisissa rakennuksissa, kun on kyse veden hallinnasta niissä paineistetuissa lämmitysjärjestelmissä ja ilmanvaihtokoneissa. Niiden hyödyllisyyden taustalla on niiden kyky säätää vesivirtausta melko tarkasti HVAC-järjestelmissä. Kun paine pysyy vakiona näissä järjestelmissä, pumput eivät vaurriu kavitaatio-ongelmien vuoksi eivätkä kenelläkään hukata ylimääräistä energiaa. Useimmat uudet toimistorakennukset liittävät näitä venttiileitä suoraan rakennuksen automaatiokoneisiin. Tämä mahdollistaa tilojen valvonnan ilman, että huoltopäällikön tarvitsee tarkistaa jokaista komponenttia manuaalisesti koko päivän ajan.
Teollisuuskäyttöön tarkoitetut palloventtiilit on suunniteltu kestämään raskaita olosuhteita, kuten niitä jotka vallitsevat kemiallisissa prosessointilaitoksissa ja suurjänteisissä maatalouden kastelujärjestelmissä. Nämä venttiilit soveltuvat erityisesti jäähdytystorneihin, joissa ne pitävät vedenpinnan tasaisena jopa 3,5 %:n päivittäiseen haihtumisvauhtiin asti. Vuoden 2024 teollisuusvedenhallintakyselyn mukaan lähes jokainen kahdeksasta uudesta vesienkäsittelylaitoksesta käyttää nyt korroosionkestäviä kellukkeventtiileitä erityisesti lietteen hallintaan prosessoinnin aikana. Tämä ilmiö heijastaa kasvavaa tietoisuutta laitteen ikään ja huoltokustannuksiin liittyviin kysymyksiin perinteisten venttiiliratkaisujen osalta.
Kalifornian keskilaakson keskellä sijaitsevan 500 hehtaarin riisirotan omistajat onnistuivat vähentämään vedenkulutusta noin 22 prosentilla, kun he alkoivat käyttää säädettäviä palloventtiileitä kastelujärjestelmässään. Myös kaupungit alueella alkavat hyväksyä samankaltaisia lähestymistapoja vesivarastojen hallintaan. Näiden mekaanisten venttiilien arvokkuuden määrittää se, että ne toimivat edelleen silloinkin, kun sähkövirtaa ei ole saatavilla. Tämä on erityisen tärkeää myrskytapauksissa tai muissa ääritilanteissa, joissa sähkökatkot esiintyvät juuri silloin, kun sähköä tarvittaisiin eniten tulvien hallintaan. Toisin kuin monimutkaiset elektroniset anturit, jotka vaativat jatkuvan sähkövirran, nämä yksinkertaiset mekaaniset laitteet jatkavat työtään riippumatta siitä, mitä sähköverkolle tapahtuu.
Palloventtiilien luotettavuus on todella jotain erityistä, koska ne ovat mekaanisesti niin yksinkertaisia. Näissä venttiileissä ei ole elektronisia komponentteja, joita kosteus voisi vahingoittaa, mikä tekee niistä melko kovakuntoisia säiden vaikutuksia vastaan. Ne käyttävät korroosionkestävää materiaalia valmistettua kelluvaa ja ruostumatonta teräsnokkaan, joka vain jatkaa toimintaansa vuodesta toiseen, ja niiden käyttöikä on usein 15–20 vuotta ennen kuin ne täytyy vaihtaa. Vuoden 2023 Ponemon Institutin tuoreen tutkimuksen mukaan, jossa tarkasteltiin materiaalien toimintaa, kaupunkien vesijärjestelmistä 87 prosentissa, joissa oli asennettuna näitä palloventtiileitä, ei ollut yhtään mekaanista ongelmaa viiden vuoden aikana. Tämä on selvästi parempaa kuin 34 prosentin vikaantumisaste, joka havaittiin niissä monimutkaisemmissa elektronisissa säätöjärjestelmissä. Melko vakuuttavia lukuja ajatellen koko huoltokustannuksia pitkäaikaisesti.
Pallosulut eivät vaadi sähköä tai ohjelmointia, joten ne vähentävät käyttökustannuksia huomattavasti verrattuna niihin viimeisaikaisiin automaattisiin järjestelmiin. Säästöt ovat myös melko merkittävät, noin 40–50 prosenttia alhaisemmat kokonaiskustannuksissa. Kun kyseessä on huolto, useimmat laitokset toteavat, että riittää, että niitä tarkistetaan kaksi kertaa vuodessa ja tiivisteet vaihdetaan silloin tällöin, mikä maksaa alle kahdeksantoistatuhatta euroa vuodessa. Tilanne on aivan erilainen kalvoventtiileille. Näille kaverille täytyy usein vaihtaa osia joka kolmas kuukausi, ja korjaus maksaa noin seitsemänsataaneljäkymmentä dollaria (Ponemonin tutkimus vuodelta 2023). Onkin helppo ymmärtää, miksi monet toimijat pitäytyvät pallosuluissa, huolimatta siitä mitä jotkut valmistajat saattavat väittää.
Palloventtiilit estävät vuotoja tehokkaammin kuin kierrekoteloventtiilit (tiiviys tehokkuus 99,3 % vs. 92,1 %) ja niissä on pienempi painehäviö kuin palloventtiileissä (⌸Â1,2 psi vs. 4,5 psi). Niiden mekaaninen sulkuvastuu eliminoi ohjelmistovirheisiin liittyvät riskit, joita esiintyy 23 %:ssa älykkäiden venttiilijärjestelmistä vuosittain vesiväyläraporteissa.
Uudet mallit sisältävät nyt IoT-yhteensopivat kellukkeet, jotka parantavat perinteisiä mekaanisia järjestelmiä, ja ne tarjoavat 18 %:n vesinkäyttötehokkuuden parannuksen jäähdytystornisovelluksissa (2024 venttiilin automaatiotutkimus). Tämä hybridimalli säilyttää palloventtiilimekanismin keskeisen luotettavuuden samalla kun siihen lisätään etävalvonta- ja tietojen analysointimahdollisuudet.