Absperrklappe vs. Kugelhahn
Abbildung 1: Eine Absperrklappe (links) und ein Kugelhahn (rechts)
Die Auswahl des richtigen Ventils für Ihre Anwendung ist eine wichtige Aufgabe bei der Planung eines Prozesssystems. Die Eigenschaften und Merkmale eines Ventils bestimmen seine Eignung für eine bestimmte Anwendung. Bei einigen Anwendungen können jedoch mehrere verschiedene Ventiltypen eingesetzt werden.
Sowohl Absperrklappen als auch Kugelhähne bieten einzigartige Vorteile, so dass die Wahl zwischen ihnen in bestimmten Prozessen nicht schwer fällt. Es kann problematisch sein, wenn ein Prozess Ventileigenschaften erfordert, die beide Ventile aufweisen. Dieser Artikel befasst sich mit einem tieferen Verständnis des Klappenventils im Vergleich zum Kugelventil, um das richtige Ventil auszuwählen.
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Was macht Absperrklappen und Kugelhähne vergleichbar?
Was die Funktionsweise betrifft, so sind beide Ventile wohl die einfachsten unter den verfügbaren Ventiltypen. Sie werden in großem Umfang in häuslichen, gewerblichen und industriellen Anwendungen zur Durchflussregelung von Flüssigkeiten in einem breiten Temperatur- und Druckbereich eingesetzt. Es handelt sich um Vierteldrehventile (90°-Drehung von vollständig geschlossen bis vollständig geöffnet). Beide Ventiltypen können manuell, mit einem elektrischen Antrieb oder mit einem pneumatischen Antrieb gesteuert werden. Absperrklappen und Kugelhähne sind relativ preiswert, wartungsfreundlich, zuverlässig und haben eine höhere Lebenserwartung als andere Armaturentypen.
Diese Ähnlichkeiten bedeuten nicht, dass die Ventile in allen Prozessfunktionen austauschbar sind. Vielmehr zeigt sie auf, warum wir uns die Eigenschaften der Ventile genauer ansehen müssen und für welche Anwendungen die einzelnen Ventile eingesetzt werden sollten.
Die Absperrklappe verstehen
Abbildung 2: Bestandteile einer Absperrklappe: Handrad (A), Getriebe (B), Spindel (C), Gehäuse (D), Scheibe (E), Dichtung (F) und Packung (G)
Eine Absperrklappe hat eine Scheibe (Abbildung 2, Bezeichnung E), die durch einen Hebel oder ein Handrad (Abbildung 2, Bezeichnung A) angetrieben wird. Im geschlossenen Zustand steht die Scheibe senkrecht zur Strömungsrichtung des Rohres. Eine Dichtung (Abbildung 2, Kennzeichnung F), die im Ventilgehäuse (Abbildung 2, Kennzeichnung D) sitzt, sorgt für einen dichten Abschluss mit dem Ventilteller. Es besteht eine nahezu lineare Beziehung zwischen der Stellung der Spindel einer Absperrklappe (Abbildung 2, Bezeichnung C) und der Durchflussmenge. Die Absperrklappe kann manuell, elektrisch oder pneumatisch gesteuert werden.
Bei größeren Durchmessern gelten Absperrklappen im Allgemeinen als billiger als Kugelhähne. Sie bestehen aus den wenigsten Teilen und sind relativ leicht, so dass sie weniger Unterstützung benötigen. Der Gewichtsvorteil von Absperrklappen gegenüber Kugelhähnen kann bei größeren Rohrdurchmessern erheblich sein. Bei hohen Druckunterschieden zwischen den Seiten einer Klappenscheibe und der Dichtung ist die Wahrscheinlichkeit einer Leckage größer als bei einem Kugelhahn. Bei Anwendungen mit großen Rohrdurchmessern erschwert dieser hohe Druckunterschied das Öffnen des Ventils, so dass ein Bypass-Ventil erforderlich ist, um den Druck auf beiden Seiten auszugleichen, bevor das Ventil geöffnet werden kann.
Es gibt einen Druckabfall über die Absperrklappe, da die Scheibe auch bei voller Öffnung im Durchfluss bleibt. Dies erschwert den Einsatz von Absperrklappen in Prozessströmen, die gemolcht werden müssen, wie z. B. in der Öl- und Gasindustrie. Absperrklappen sind in der Regel EIN/AUS-Ventile und eignen sich nicht für die präzise Steuerung von Flüssigkeitsströmen.
Das Verständnis des Kugelhahns
Abbildung 3: Bestandteile eines Kugelhahns. Griff (A), Griffschraube/Bolzen (B), Welle (C), Packung (D), Sitz (E), Kugel (F), Gehäuse (G)
Ein Kugelhahn hat eine hohle, kugelförmige Kugel (Abbildung 3, Bezeichnung F), die an einem oder beiden Enden drehbar gelagert ist. Das obere Ende der Kugel ist an einer Welle (Abbildung 3, Bezeichnung C) befestigt, die mit einem Griff (Abbildung 3, Bezeichnung A) gedreht wird, um die Ventilstellung zu öffnen oder zu schließen. In vollständig geöffnetem Zustand liegt das Loch in der Kugel parallel zur Durchflussrichtung des Rohres. Die Kugel ruht auf einem Sitz (Abbildung 3, Buchstabe E) im Inneren des Ventilgehäuses (Abbildung 3, Buchstabe G). Der Kugelhahn kann manuell, elektrisch und pneumatisch gesteuert werden.
Kugelhähne können auch Drei- oder Vier-Wege-Durchflussrichtungen in einer T- oder L-förmigen Bohrung haben. Erfahren Sie mehr über die Durchflusseigenschaften eines Kugelhahns in unserem technischen Artikel über die Steuerung des Flüssigkeitsstroms mit Kugelhähnen.
Die Bohrung in einem Kugelhahn kann kleiner sein als der Rohrdurchmesser (reduzierter Anschluss oder reduzierte Bohrung), gleich groß wie der Rohrdurchmesser (voller Anschluss) oder als V-Anschluss ausgeführt sein. Das Design der Kugel beeinflusst die Fließeigenschaften. Ein Kugelhahn kann einen Druckabfall über das Ventil in einem Kugelhahn mit reduziertem Anschluss oder fast keinen Druckabfall in einem Kugelhahn mit vollem Anschluss haben, während ein V-Anschluss-Design ideal für eine stabile Durchflussregelung ist.
Im Gegensatz zu Absperrklappen sind Kugelhähne in vollständig geschlossenem Zustand leckagefrei. Der Flüssigkeitsdruck stromaufwärts des Ventils drückt die Kugel gegen die Dichtung und sorgt so für eine positive Absperrposition. Kugelhähne öffnen sich leicht bei einer hohen Druckdifferenz auf beiden Seiten des Ventils und benötigen daher keinen druckausgleichenden Bypass.
Vorteile und Nachteile
Obwohl Absperrklappen und Kugelhähne einige Gemeinsamkeiten aufweisen, gibt es doch deutliche Unterschiede, die bei bestimmten Anwendungen einen Vorteil gegenüber dem anderen darstellen können. Nachfolgend finden Sie einen Vergleich der Ventileigenschaften der einzelnen Ventile und ihrer Vorteile gegenüber den anderen.
Tabelle 1: Kugelhahn vs. Absperrklappe
| Drosselklappe | Kugelhahn | |
| Gewicht | Geringeres Gewicht auch bei größeren Rohrdurchmessern | Sehr schwer bei größerem Rohrdurchmesser und kann Unterstützung erfordern |
| Einbauraum | Benötigt weniger Installationsfläche | Benötigt mehr Platz als eine Absperrklappe |
| Größe | Geeignet für größere Rohrdurchmesser (über DN 150), insbesondere aufgrund des geringen Gewichts | Besser geeignet für kleinere Rohrdurchmesser (unter DN 50) |
| Durchsickern: | Anfällig für Leckagen bei hohem Druckunterschied | Sorgt für dichte Abdichtung auch bei hohem Druckunterschied |
| Kosten | Günstiger als ein Kugelhahn, insbesondere bei größeren Abmessungen | Teurer im Vergleich zu einer Absperrklappe |
| Durchflusskontrolle | Geeignet für ON/OFF-Steuerung, kann aber auch für Proportionalsteuerung verwendet werden. | Funktioniert sowohl für ON/OFF als auch für modulierende Regelung |
| Durchflussbegrenzung | Der Ventilteller drosselt den Durchfluss, wodurch ein Druckabfall entsteht. | Kugelhähne mit vollem Durchgang haben keinen Druckabfall. |
| Anschlussart | Er hat eine Flanschform mit einer Lasche oder einem Zwischenstück | Eine breite Palette von Verbindungsarten mit Gewinden oder Flanschen |
Auswahlkriterium
Die folgenden Kriterien können bei der Wahl zwischen einer Absperrklappe und einem Kugelhahn berücksichtigt werden:
- Anwendung: Absperrklappen werden häufig in wasserbasierten Prozessen wie Abwasser, Bier- und Sodaherstellung usw. eingesetzt. Sie sind in der chemischen Industrie, in der Landwirtschaft, in Abfallbehandlungsanlagen und in der Lebensmittelindustrie beliebt, auch weil sie leicht zu reinigen sind. Kugelhähne können sowohl Flüssigkeiten als auch Gase mit einigen Feststoffpartikeln (Slurry) handhaben. Sie werden häufig in verfahrenstechnischen Anlagen, Kraftwerken, in der Erdölraffination sowie in der Öl- und Gasexploration eingesetzt, da sie zur Reinigung gemolcht werden können.
- Durchflussmenge: Absperrklappen können eine größere Durchflusskapazität bieten, da sie für einen größeren Rohrdurchmesser als ein Kugelhahn erhältlich sind.
- Versiegeln: Kugelhähne bieten eine dichte Abdichtung in Prozessanwendungen, die beim Absperren keine Leckagen erfordern.
- Betriebsbedingung: Kugelhähne können bis zu 1.000 bar und 400 Grad Celsius arbeiten. Absperrklappen arbeiten in der Regel bei einem niedrigeren Druck (weniger als 50 bar) und einer niedrigeren Temperatur (weniger als 250 Grad Celsius).
- Durchflussregelung: Beide Ventiltypen können sowohl für die Auf/Zu-Regelung als auch für die Proportionalregelung verwendet werden, wobei Kugelventile aufgrund ihrer besseren Durchflussregelung in der Regel für die Proportionalregelung eingesetzt werden.
- Häfen: Ein Schmetterlingsventil kann nur zwei Anschlüsse haben, während ein Kugelventil mehr als zwei Anschlüsse haben kann.
Schlussfolgerung
Ein gutes Verständnis der Prozessanforderungen und der Eigenschaften von Absperrklappen und Kugelhähnen hilft bei der Auswahl der richtigen Armatur. Verschiedene Prozessanforderungen wie der Betriebsdruck, die Regelgenauigkeit und die Art der Flüssigkeit müssen berücksichtigt werden und bestimmen das am besten geeignete Ventil. Bei einigen Anwendungen können beide Ventile ausreichend sein, und die Entscheidung kann zwischen den Kosten und der Wartungsfreundlichkeit der Ventile liegen. Bei anderen Anwendungen kann der Rohrdurchmesser der einzige Parameter sein, der darüber entscheidet, welches Ventil verwendet werden kann.
