
Pagrindinė kamuoliukinio vožtuvo idėja remiasi tūkstančius metų senomis graikų plūdrumo teorijomis, kurias atrado Archimedas. Kai vanduo pradeda kilti bakelyje ar rezervuare, viduje esantis mažas hermetiškas plūdas juda kartu su skysčio paviršiumi. Prie jo prijungta svirties rankena pamažu leidžiasi žemyn link uždarymo pozicijos, kai plūdas pakyla aukščiau. Kai pasiekiamas nustatytas vandens lygis, visa sistema tiesiog automatiškai užsiveria, neleisdama daugiau vandens patekti vidun. Tikrai nuostabu, kaip šie mechaniniai vožtuvai gali reguliuotis patys, nenaudodami jokios elektros. Daugelis modelių išlaiko pakankamai tikslų veikimą, nukrypdami tik apie ±5 procentus nuo nustatyto lygio, kaip patvirtino ekspertai, paskelbę naujausią vandentiekio infrastruktūros ataskaitą praėjusiais metais.
Sistemą sudaro keturios svarbios dalys:
Kiekvieno komponento konstrukcija tiesiogiai veikia patikimumą. Korozijai atsparios medžiagos, tokios kaip nerūdijantis plienas, miesto aplikacijose pratęsia eksploatacijos laiką iki 15–20 metų, užtikrindamos ilgalaikę veikimą net agresyvioje aplinkoje.
Sferinio plūdės išlenkta forma iš tikrųjų užtikrina geresnį kontaktą su vandens paviršiumi, kas padeda išlaikyti stabilų plūdumą net tada, kai vandens sąlygos pasidaro sudėtingos. Naujesni modeliai yra aprūpinti reguliuojamais sukimosi taškais ant svirties rankenos, todėl technikai gali tiksliai sureguliuoti uždarymo taškus – tikslumas siekia apie 2 centimetrus į vieną ar kitą pusę. Šios mechaninės konstrukcijos išsiskiria palyginti su diafragminiais vožtuvais tuo, kad jose nėra guminių dalių, kurios laikui bėgant susidėvi. Dėl to jie veikia žymiai geriau vietose, kuriose daug sedimentų plūduriuoja vandenyje, pavyzdžiui, dideliuose drėkinimo rezervuaruose, kuriuos matome ūkiuose visoje šalyje.
Vandens lygio valdymas rutulinio plūdėlio vožtuvuose veikia dėl paprastų plūdimo principų. Kai vandens lygis nukrinta, plūdėlis taip pat nusileidžia, todėl vožtuvas atsiveria ir galima įleisti daugiau vandens. Kai vandens lygis vėl pakyla, plūdėlis pakyla iki sustojimo taško. Tai, kas daro šiuos vožtuvus tikrai patikimus, yra tai, kad jie veikia net be elektros. Daugelis bakų, įrengtų su jais, visai neperpylami – faktiškai apie 9 iš 10 įrengimų lieka sausi, pagal 2022 m. Amerikos vandentiekio asociacijos tyrimus. O retomis elektros tiekimo pertraukimų akimirkomis jutiklių sistemos dažnai visiškai nustoja veikti, o rutuliniai plūdėlio vožtuvai tiesiog toliau dirba savo darbą.
Šiuolaikinės vožtuvo konstrukcijos turi reguliuojamas svirtis ir svertinius plūdurius, leidžiančius nustatyti vandens lygį su ±1,5 cm tikslumu. Miestų valdytojai, veikiami sausros, naudoja šiuos reguliavimus, kad optimizuotų talpų talpą atsižvelgiant į sezonišką paklausą, taupant 15–20% daugiau vandens per metus lyginant su fiksuoto lygio sistemomis.
JAV vidurio vakaruose esantis miestas sumažino siurblių perjungimą 73 %, pakeitęs 12 rezervuarų korozijai atspariais rutuliniais vožtuvais. Tai sumažino energijos išlaidas 18 000 JAV dolerių per metus, tuo pačiu užtikrindama nepertrauktą tiekimą 2023 metų rekordinės sausros sąlygoms.
Kamuoliniai plūdurių vožtuvai užtikrina 99,4 % veikimo patikimumą per 10 metų eksploatacijos laiką (Mechaninės inžinerijos žurnalas, 2021 m.), pranokdami elektroninius analogus, kuriems reikia reguliariai kalibruoti. Nors protingi jutikliai leidžia nuotolinį stebėjimą, 84 % nuotekų valymo įrenginių išlieka mechaniškai valdomi vožtuvai kaip pagrindinės apsaugos priemonės dėl jų atsparumo žaibo iškrova ir elektromagnetinio impulso (EMP) įvykiams.
Kamuoliniai vožtuvai namų vandens sistemose atlieka svarbų saugumo įrenginių vaidmenį. Jie užtikrina tinkamą vandens lygį tualetų bakeliuose ir vandens talpyklose namuose. Šių vožtuvų veikimo principas iš esmės yra labai paprastas. Kai talpykla pripildoma, plūduriuojantis kamuolys pakyla ir sustabdo vandens tiekimą. Tai padeda išvengti nepageidaujamų perpylimų, su kuriais visi esame susidūrę. Pagal 2023 metų Vandens taupymo ataskaitos paskelbtus duomenis, apie 18 procentų vandens švaistymo atvejų yra susiję su sugedusiais ar neveiksmingai veikiančiais talpyklų mechanizmais. Taigi, tinkamas vožtuvų veikimas yra itin svarbus siekiant taupyti vandenį namuose.
Rutuliniai vožtuvai tapo gana standartiniais komerciniuose pastatuose, kai kalba eina apie vandens valdymą šiuose slėginiuose šildymo sistemose ir oro apdorojimo įrenginiuose. Tai, kas juos daro tokiais naudingais, yra jų gebėjimas tiksliai kontroliuoti vandens srautą šildymo, vėsinimo ir vėdinimo sistemose. Kai slėgis išlieka stabilus visoje šiose sistemose, siurbliai nenukentės dėl kavitacijos problemų ir niekas nesugaišta papildomos energijos. Daugelis naujų biuro pastatų šiuose pastatuose vožtuvus prijungia prie pastato automatizacijos sistemų. Tai leidžia techninio aptarnavimo valdytojams stebėti, kaip viskas veikia, nereikia visą dieną rankiniu būdu tikrinti kiekvieno komponento.
Pramonės reikmėms skirti rutuliniai plūdės vožtuvai sukurti atsparūs sunkioms sąlygoms, būdingoms cheminių medžiagų perdirbimo įrenginiuose ar didelio masto ūkininkavimo drėkinimo sistemose. Šie vožtuvai ypač naudingi aušinimo bokštuose, kur jie palaiko pastovų vandens lygį, net kai kasdienis garavimas pasiekia apie 3,5 %. Pagal 2024 m. Pramoninio Vandens Valdymo Apžvalgos duomenis, beveik keturi iš penkių naujų vandens valymo įrenginių dabar naudoja korozijai atsparius plūdės vožtuvus, specialiai skirtus dumblui valdyti per perdirbimą. Ši tendencija atspindi augantį suvokimą tarp gamyklų operatorių apie įrangos ilgaamžiškumą ir techninės priežiūros kaštus, susijusius su tradiciniais vožtuvų sprendimais.
Didesnės nei 500 hektarų ryžių lauko, esančio Centrinės Kalifornijos slėnio viduryje, savininkai sugebėjo sumažinti vandens suvartojimą maždaug 22 procentų, kai pradėjo naudoti tuos reguliuojamus rutulinius plūdimo vožtuvus visoje laistymo sistemoje. Miestai visame regione taip pat pradeda taikyti panašias priemones valdant vandens rezervuarus. Tai, kas daro šiuos mechaninius vožtuvus tokiais vertingais, yra tai, kad jie toliau veikia net kai nėra elektros. Tai tampa ypač svarbu audrų ar kitų nelaimių metu, kai elektros tiekimas dažniausiai nutrūksta būtent tada, kai jis labiausiai reikalingas potvynių kontrolės tikslais. Skirtingai nei sudėtingi elektroniniai jutikliai, kuriems reikia nuolatinio elektros tiekimo, šie paprasti mechaniniai įrenginiai tiesiog toliau dirba nepriklausomai nuo elektros tinklo būklės.
Kamuolinio plūdės vožtuvų patikimumas išties yra kažkas ypatingo, nes jie yra tokie mechanologiškai paprasti. Šiuose vožtuvuose nėra jokių elektroninių komponentų, kurie galėtų būti pažeisti drėgmės, todėl jie yra gan atsparūs aplinkos poveikiui. Vietoj to, jie naudoja korozijai atsparaus medžiagos padarytą plūdę bei nerūdijančio plieno svertą, kurie nuolat veikia metų metais, dažnai tarnaudami nuo 15 iki 20 metų, kol reikia keisti. Pagal 2023 m. Ponemon Institute atliktą tyrimą dėl medžiagų našumo, įspūdingi 87 procentai miestų vandens tiekimo sistemų, kurios įrengė šiuos kamuolinius plūdės vožtuvus, per penkerius metus nesusidūrė su jokiomis mechaninėmis problemomis. Tai žymiai geriau nei 34 procentų gedimų lygis, stebimas tų prabangių elektroninių valdymo sistemų atveju. Gana įtikinami skaičiai, vertinant ilgalaikes techninės priežiūros išlaidas.
Rutuliniai plūdėlio vožtuvai nereikalauja jokios elektros ar programavimo, todėl jie gerokai sumažina eksploatacinius kaštus, lyginant su tais moderniais automatiniais valdymo sistemomis. Taupymas nemažas – maždaug 40 iki net 50 procentų mažiau iš viso. Kalbant apie priežiūrą, daugelis įmonių pastebi, kad užtenka per metus du kartus juos patikrinti ir kartais pakeisti sandarinimo žiedus, o metinės išlaidos žymiai nesiekia dviejų šimtų dolerių. Tačiau situacija visai kita su diafragminiais vožtuvais. Šiems reikia keisti dalis kas tris mėnesius, o kiekvienas remontas kainuoja maždaug septynis šimtus keturiasdešimt dolerių (2023 metų Ponemon tyrimas). Aišku tampa, kodėl daugelis įmonių tebesirenka rutulinius plūdėlio vožtuvus nepaisant gamintojų teigimų.
Rutuliniai plūdės vožtuvai pranašesni už sklendes nutekėjimo prevencijoje (99,3 % palyginti su 92,1 % sandarumo efektyvumu) ir pranašesni už globos vožtuvus mažinant slėgio kritimą (⌸Â1,2 psi palyginti su 4,5 psi). Jų gryniai mechaninis uždarymas pašalina riziką, susijusią su programinės įrangos gedimais, kurie kasmet paveikia 23 % protingų vožtuvų sistemų, pagal vandens infrastruktūros ataskaitas.
Šiuolaikiniai dizainai dabar apima IoT galinčius plūdės jutiklius, kad būtų pagerinta tradicinė mechaninė sistema, pasiekiant 18 % didesnį vandens naudojimo efektyvumą aušinimo bokšlų taikymuose (2024 m. vožtuvų automatizavimo tyrimas). Toks hibridinis požiūris išlaiko rutulinio plūdės mechanizmo pagrindinį patikimumą, kartu pridėdamas nuotolinio stebėjimo ir duomenų analitikos funkcijas.