Einführung in Kugelventile

Kugelventile

Ein Kugelventil ist ein Ventil mit linearer Bewegung und dient in erster Linie dazu, den Durchfluss zu stoppen, zu starten und zu regulieren. Die Scheibe eines Kugelventils kann vollständig aus dem Strömungsweg entfernt werden oder den Strömungsweg vollständig verschließen.

Zur Absperrung und Drosselung können herkömmliche Durchgangsventile verwendet werden. Obwohl diese Ventile etwas höhere Druckabfälle aufweisen als Durchgangsventile (z. B. Schieber, Kegel, Kugel usw.), können sie dort eingesetzt werden, wo der Druckabfall durch das Ventil kein steuernder Faktor ist.

Da der gesamte auf die Scheibe ausgeübte Systemdruck auf den Ventilschaft übertragen wird, liegt die praktische Größenbeschränkung für diese Ventile bei NPS 12 (DN 300). Absperrventile größer NPS 12 (DN 300) sind eher die Ausnahme als die Regel. Bei größeren Ventilen müssten enorme Kräfte auf den Schaft ausgeübt werden, um das Ventil unter Druck zu öffnen oder zu schließen. Es wurden Durchgangsventile in Größen bis NPS 48 (DN 1200) hergestellt und eingesetzt.

Kugelventile werden häufig zur Steuerung des Durchflusses eingesetzt. Der Bereich der Durchflussregelung, der Druckabfall und die Belastung müssen bei der Konstruktion des Ventils berücksichtigt werden, um einen vorzeitigen Ausfall zu verhindern und einen zufriedenstellenden Betrieb sicherzustellen. Ventile, die einer Drosselung bei hohem Differenzdruck ausgesetzt sind, erfordern eine speziell entwickelte Ventilgarnitur.

Im Allgemeinen sollte der maximale Differenzdruck am Ventilteller 20 Prozent des maximalen Vordrucks oder 200 psi (1380 kPa) nicht überschreiten, je nachdem, welcher Wert niedriger ist. Ventile mit Spezialgarnitur können für Anwendungen konzipiert werden, die diese Differenzdruckgrenzen überschreiten.

Absperrventil aus Stahlguss für die Öl- und Gasindustrie

Gehäusedesigns von Durchgangsventilen

Es gibt drei Hauptgehäuseausführungen für Durchgangsventile: T-förmiges oder Z-förmiges Gehäuse, Winkelförmiges und Sternförmiges oder Y-förmiges Gehäuse.

T-Muster. Kugelventildesignist der häufigste Körpertyp mit einem Z-förmigen Zwerchfell. Durch die horizontale Einstellung des Sitzes können sich Schaft und Scheibe senkrecht zur Horizontalen bewegen. Dieses Design hat den niedrigsten Durchflusskoeffizienten und einen höheren Druckabfall. Sie werden bei stark drosselnden Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Bypassleitungen um ein Steuerventil. Kugelventile mit T-förmigem Aufbau können auch in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der Druckabfall kein Problem darstellt und eine Drosselung erforderlich ist.

 

 

Design von Kugelventilen mit Winkelmusterist eine Modifikation des grundlegenden T-Muster-Kugelventils. Die Enden dieses Kugelventils stehen in einem Winkel von 90 Grad und der Flüssigkeitsfluss erfolgt mit einer einzigen 90-Grad-Drehung. Sie haben einen etwas niedrigeren Durchflusskoeffizienten als Kugelventile mit Sternmuster. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, in denen zeitweise pulsierende Strömungen auftreten, da sie in der Lage sind, den Schwalleffekt dieser Art von Strömung zu bewältigen.

 

 

Kugelventildesign mit Sternmusterist eine Alternative für den hohen Druckabfall, der bei Kugelventilen auftritt. Sitz und Schaft sind in einem Winkel von ca. 45 Grad abgewinkelt, was bei vollständiger Öffnung einen geraderen Strömungsweg ergibt und dem Durchfluss den geringsten Widerstand bietet. Sie können über längere Zeiträume ohne starke Erosion aufgebrochen werden. Sie werden häufig zur Drosselung im Saison- oder Startbetrieb eingesetzt. Bei Verwendung in Abflussleitungen, die normalerweise geschlossen sind, können sie zum Entfernen von Schmutz durch den Stab geführt werden.

Scheibe, Sitz und Schaft von Kugelventilen

Scheibe:Die gängigsten Scheibenausführungen für Durchgangsventile sind: Kugelscheibe, Verbundscheibe und Kegelscheibe. Das Kugelscheibendesign wird hauptsächlich in Niederdruck- und Niedertemperatursystemen eingesetzt. Es ist in der Lage, den Durchfluss zu drosseln, wird aber im Prinzip zum Stoppen und Starten des Durchflusses eingesetzt.

Beim Design der Kompositionsscheibe wird ein harter, nichtmetallischer Einsatzring auf der Scheibe verwendet, der einen festeren Verschluss gewährleistet.

Das Plug-Disk-Design sorgt für eine bessere Drosselung als Kugel- oder Kompositionsdesigns. Es gibt sie in vielen verschiedenen Ausführungen und sie sind alle lang und spitz zulaufend.

Sitz:Kugelventilsitze sind entweder in das Ventilgehäuse integriert oder eingeschraubt. Viele Kugelventile haben Rücksitze innerhalb der Motorhaube. Rücksitze sorgen für eine Abdichtung zwischen Schaft und Oberteil und verhindern, dass sich Systemdruck gegen die Ventildichtung aufbaut, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist. Rücksitze werden häufig in Durchgangsventilen eingesetzt.

Stängel:Bei Kugelventilen werden die Scheibe und der Schaft auf zwei Arten miteinander verbunden: die T-Nut-Konstruktion und die Scheibenmutter-Konstruktion. Bei der T-Nut-Ausführung gleitet die Scheibe über den Schaft, während bei der Scheibenmutter-Ausführung die Scheibe in den Schaft eingeschraubt wird.

Konstruktion eines Kugelventils

Kugelventile haben in der Regel ansteigende Spindeln, und die größeren Größen haben eine außenliegende Schrauben- und Jochkonstruktion. Die Komponenten des Kugelventils ähneln denen des Absperrschiebers. Dieser Ventiltyp hat Sitze in einer Ebene parallel oder geneigt zur Strömungslinie.

Die Wartung von Kugelventilen ist relativ einfach, da die Scheiben und Sitze problemlos überholt oder ausgetauscht werden können. Dadurch eignen sich Durchgangsventile besonders für Anwendungen, die eine häufige Ventilwartung erfordern. Bei manuell betätigten Ventilen bietet der kürzere Scheibenweg Vorteile hinsichtlich der Zeitersparnis für den Bediener, insbesondere wenn die Ventile häufig eingestellt werden.

Die Hauptvariation bei der Konstruktion von Kugelventilen besteht in der Art der verwendeten Scheiben. Steckscheiben haben eine lange, kegelförmige Konfiguration mit einer breiten Auflagefläche. Dieser Sitztyp bietet maximalen Widerstand gegen die erosive Wirkung des Flüssigkeitsstroms. Bei der Kompositionsscheibe hat die Scheibe eine ebene Fläche, die wie eine Kappe gegen die Sitzöffnung gedrückt wird. Diese Art der Sitzanordnung ist für die Drosselung bei hohem Differenzdruck nicht so gut geeignet.

Bei gusseisernen Durchgangsventilen bestehen Teller- und Sitzringe üblicherweise aus Bronze. Bei Kugelventilen aus Stahl für Temperaturen bis zu 399 °C (750 °F) besteht die Innengarnitur im Allgemeinen aus Edelstahl und bietet so Widerstand gegen Festfressen und Abrieb. Die Passflächen werden normalerweise wärmebehandelt, um unterschiedliche Härtewerte zu erhalten. Auch andere Besatzmaterialien, darunter Legierungen auf Kobaltbasis, kommen zum Einsatz.

Die Sitzfläche ist geschliffen, um bei geschlossenem Ventil einen vollständigen Auflageflächenkontakt zu gewährleisten. Bei niedrigeren Druckklassen wird die Ausrichtung durch eine lange Scheibensicherungsmutter gewährleistet. Für höhere Drücke sind Scheibenführungen in den Ventilkörper eingegossen. Die Scheibe dreht sich frei auf der Spindel, um ein Festfressen der Scheibenfläche und des Sitzrings zu verhindern. Der Schaft ruht auf einer gehärteten Druckplatte und verhindert so ein Festfressen des Schafts und der Scheibe an der Kontaktstelle.

Durchflussrichtung von Durchgangsventilen

Bei Anwendungen mit niedrigen Temperaturen werden Kugelventile normalerweise so installiert, dass der Druck unter der Scheibe liegt. Dies trägt zu einer einfachen Bedienung bei und trägt zum Schutz der Verpackung bei.

Für Anwendungen mit Hochtemperatur-Dampfbetrieb werden Kugelventile so installiert, dass der Druck über der Scheibe liegt. Andernfalls zieht sich der Schaft beim Abkühlen zusammen und neigt dazu, die Scheibe vom Sitz abzuheben.

Vor- und Nachteile von Kugelventilen

Vorteile:

• Gute Abschaltfähigkeit
• Mäßige bis gute Drosselfähigkeit
• Kürzerer Hub (im Vergleich zu einem Absperrschieber)
• Erhältlich in T-, Y- und Winkelmustern, die jeweils einzigartige Funktionen bieten
• Die Sitze lassen sich leicht bearbeiten oder neu auftragen
• Da die Scheibe nicht am Schaft befestigt ist, kann das Ventil als Rückschlagventil verwendet werden

Nachteile:

• Höherer Druckabfall (im Vergleich zu einem Absperrschieber)
• Erfordert eine größere Kraft oder einen größeren Aktuator, um das Ventil in den Sitz zu bringen (mit Druck unter dem Sitz)
• Drosselströmung unter dem Sitz und Absperrströmung über dem Sitz

Typische Anwendungen von Durchgangsventilen

Im Folgenden sind einige typische Anwendungen von Durchgangsventilen aufgeführt:

• Kühlwassersysteme, bei denen der Durchfluss reguliert werden muss
• Heizölsystem, bei dem der Durchfluss reguliert wird und die Dichtheit von Bedeutung ist
• Hochpunkt-Entlüftungen und Tiefpunkt-Abläufe, wenn Dichtheit und Sicherheit im Vordergrund stehen
• Speisewasser-, Chemikalienzufuhr-, Kondensatorluftabsaug- und Absaugsysteme
• Kesselentlüftungen und -abläufe, Frischdampfentlüftungen und -abläufe sowie Heizungsabläufe
• Turbinendichtungen und Abflüsse
• Turbinenschmierölsystem und andere