Was ist ein Durchgangsventil

Ein Durchgangsventil ist eine Art von Ventil, das verwendet wird, um den Durchfluss in einer Rohrleitung zu starten, zu stoppen und/oder zu regulieren. Das Ventil hat ein bewegliches scheibenartiges Element und einen stationären Ringsitz im Ventilkörper und ist effektiv beim Drosseln des Durchflusses und ermöglicht eine präzise Steuerung. Der Name Durchgangsventil stammt von seiner kugelförmigen Körperform. Dieser Artikel untersucht den Arbeitsmechanismus, die Merkmale und die häufigen Anwendungen von Durchgangsventilen.

Inhaltsverzeichnis

• Teile und Funktionsprinzip eines Durchgangsventils
• Vorteile von Durchgangsventilen
• Nachteile von Durchgangsventilen
• Anwendungen von Durchgangsventilen
• Designvariationen von Durchgangsventilen
• Durchflusscharakteristiken von Durchgangsventilen
• Vergleich von Durchgangsventilen mit anderen Ventiltypen
• FAQs

Teile und Funktionsprinzip eines Durchgangsventils

Ein Durchgangsventil hat zwei separate Kammern zur Durchflussregelung. Der Betätigungsprozess umfasst das Drehen eines Spindels mittels eines Handrads oder eines mechanischen Antriebs, der wiederum den Stopfen oder die Scheibe hebt oder senkt. Das Funktionsprinzip des Durchgangsventils wird im Folgenden ausführlich erläutert:

Vorteile von Durchgangsventilen

• Außergewöhnliche Drossel- und Modulationsfähigkeiten: Durchgangsventile sind ideal für die präzise Durchflussregelung und ermöglichen feine Anpassungen der Durchflussrate, was in Systemen, die eine regelmäßige Modulation erfordern, entscheidend ist.
• Zuverlässige Absperrfähigkeit: Sie gewährleisten eine dichte Abdichtung im geschlossenen Zustand, was für das Stoppen des Durchflusses während Wartungsarbeiten oder Notfällen entscheidend ist.
• Wartungs- und Reparatureffizienz: Sie sind für eine einfache Wartung konzipiert, ihre Komponenten sind leicht zugänglich, was Ausfallzeiten und Kosten reduziert.
• Vielseitigkeit in der Wartung: Die Scheibe und die Sitzfläche können ersetzt oder neu bearbeitet werden, was die Lebensdauer des Ventils verlängert und einen effizienten Betrieb gewährleistet.

Nachteile von Durchgangsventilen

• Erheblicher Druckverlust: Ein großer Nachteil von Durchgangsventilen ist der Druckabfall aufgrund des Fluidwegs durch das Ventil, der durch die Verwendung von Y-förmigen oder Winkel-Durchgangsventilen zur Verringerung von Turbulenzen und Druckverlusten gemildert werden kann. Der Druckverlust sollte bei der Auslegung der Durchflussparameter des Durchgangsventils berücksichtigt werden.
• Erhöhter Betätigungskraftaufwand: Es ist mehr Kraft erforderlich, um Durchgangsventile zu betätigen, insbesondere in Hochdruckumgebungen, was oft automatisierte Antriebe erfordert.
• Langsamere Bedienung: Ihr Design ist nicht für Situationen geeignet, die ein schnelles Öffnen oder Schließen erfordern, aufgrund der Mehrfachdrehung.
• Anfälligkeit für Kavitation und Blasenbildung: Hohe Druckdifferenzen können Kavitation und Blasenbildung verursachen, was das Ventil beschädigen kann.
• Kosten: Das komplexe Design und der Herstellungsprozess machen Durchgangsventile teurer im Vergleich zu anderen Ventiltypen.

Anwendungen von Durchgangsventilen

Durchgangsventile sind die optimale Wahl für Anwendungen, die eine präzise Durchflussmodulation erfordern, bei denen der Druckverlust keine kritische Rolle spielt, einschließlich Szenarien wie:

• Kühlwassersysteme
• Heizöl-Systeme
• Speisewasser- und Chemikalienzufuhrsysteme
• Kessel- und Hauptdampfentlüftungen und -abläufe
• Turbinenschmierölsystem
• Ablass- und Trimanwendungen in Sprinklersystemen (nicht als Steuerungsventile in Feuerlöschanlagen, bei denen der Druck entscheidend ist)

Lesen Sie unseren Artikel über Anwendungen von Durchgangsventilen für weitere Informationen zu den industriellen Anwendungen von Durchgangsventilen.

Designvariationen von Durchgangsventilen

Durchflussweg-Design

Durchgangsventile haben mehrere Designs basierend auf ihrem Durchflussweg:

1. T- oder Z-Durchgangsventil (Abbildung 3 links): Dies ist das häufigste Design für Durchgangsventile, gekennzeichnet durch einen Körper, der den Durchfluss zwingt, zweimal die Richtung zu ändern, wodurch ein Weg entsteht, der dem Buchstaben "Z" ähnelt. Dieses Design ist effektiv für das Drosseln, da die Sitz- und Scheibenkonfiguration eine präzise Steuerung des Durchflusses ermöglicht. Dieses Design führt jedoch auch zu einem höheren Druckabfall über das Ventil mit einem typischen L/D-Koeffizienten von ~340.
2. Winkel-Durchgangsventil (Abbildung 3 Mitte): Wie der Name schon sagt, haben Winkel-Durchgangsventile einen Körper, der so gestaltet ist, dass die Einlass- und Auslassöffnungen einen 90-Grad-Winkel bilden, der einem Ellbogen ähnelt. Dieses Design ermöglicht es dem Fluid, die Richtung nur einmal zu ändern, wodurch der Druckabfall im Vergleich zum T- oder Z-förmigen Design reduziert wird. 90-Grad-Durchgangsventile sind nützlich in Anwendungen, bei denen die Rohrleitungsanordnung eine Richtungsänderung erfordert und die Funktionen eines Ventils und eines Ellbogens kombiniert. Diese Durchgangsventile haben einen typischen L/D-Koeffizienten von ~55.
3. Y-Durchgangsventil (Abbildung 3 rechts): Das Y-Durchgangsventil ist eine Variation des Standard-Durchgangsventils, das entwickelt wurde, um den Druckabfall zu minimieren. In diesem Design sind der Ventilkörper und die Sitzfläche so abgewinkelt, dass ein direkterer Durchflussweg (weniger verschlungen als der Z-förmige Weg) ermöglicht wird, während dennoch gute Drosselungsfähigkeiten erhalten bleiben. Die "Y"-Form reduziert die Schwere der Durchflussrichtungsänderung, was zu einem geringeren Druckverlust im Vergleich zu den traditionellen T- oder Z-förmigen Durchgangsventilen führt. Diese Durchgangsventile haben einen typischen L/D-Koeffizienten von ~150.

Darüber hinaus verfügen doppelsitzige Durchgangsventile über zwei Stopfen und entsprechende Sitzflächen, was ihre Fähigkeit zur Handhabung höherer Durchflussraten verbessert und ein ausgewogenes Design bietet, das die zum Betätigen des Ventils erforderliche Kraft minimiert und sie zu einer effizienten Wahl für Anwendungen macht, die eine präzise Durchflussregelung mit minimaler Betätigungskraft erfordern.

Stopfendesign

Durchgangsventile können eines der folgenden Stopfendesigns haben:

1. Stopfenscheibe: Das Stopfenscheibendesign zeichnet sich durch seine solide, konische Form aus, die sich eng in den Ventilsitz einfügt, um den Durchfluss zu regulieren oder zu blockieren. Dieser Typ ist bekannt für seine Haltbarkeit und Effektivität bei der Bereitstellung einer dichten Abdichtung, was ihn für Anwendungen geeignet macht, die eine präzise Durchflussregelung erfordern.
2. Kompositionsscheibe: Mit einer Scheibe mit einem austauschbaren Einsatz, normalerweise aus einem weicheren Material wie Gummi oder PTFE, ist die Kompositionsscheibe so konzipiert, dass sie auch bei Vorhandensein von Partikeln im Fluid eine dichte Abdichtung gewährleistet. Dieser Typ ist ideal für Anwendungen, bei denen die Abdichtung gegen Verunreinigungen entscheidend ist.
3. Kugelscheibe: Wie der Name schon sagt, enthält dieser Scheibentyp eine kugelförmige Kugel, die sich mit dem Sitz ausrichtet, um den Durchfluss zu steuern. Die Kugelscheibe bietet einen reibungslosen Betrieb und ist besonders effektiv in Anwendungen, die schnelle Absperrfähigkeiten erfordern. Ihr Design ermöglicht eine einfache Wartung und ist für moderate Steuerungsanwendungen geeignet.

Durchflusscharakteristiken von Durchgangsventilen

Durchgangsventile weisen charakteristische Durchflussmerkmale auf, die bei ihrer Auswahl und Anwendung in Fluidkontrollsystemen entscheidend sind. Diese Merkmale werden hauptsächlich durch den inhärenten Durchflusskoeffizienten (Cv), die Durchflusskurve und die Beziehung zwischen dem Ventilhub und der Durchflussrate unter verschiedenen Druckbedingungen definiert.

Inhärenter Durchflusskoeffizient (Cv)

Der Cv-Wert des Durchgangsventils repräsentiert die Durchflusskapazität des Ventils und gibt das Volumen des Fluids an, das mit einem Druckabfall von einem psi durchfließen kann. Der Durchflusskoeffizient von Durchgangsventilen ist aufgrund ihres Designs, das die präzise Durchflussregelung über die hohe Durchflusskapazität priorisiert, typischerweise niedrig.

Durchflusskurven: linear vs gleichprozentig

• Lineare Durchflusskurve: Bietet ein direktes Verhältnis zwischen Ventilhub und Durchflussrate, geeignet für Anwendungen mit konstantem Druckabfall.
• Gleichprozentige Durchflusskurve: Bietet eine exponentielle Beziehung zwischen Ventilhub und Durchflussrate, ideal für variierende Druckabfallbedingungen, was die Steuerungspräzision verbessert.

Die richtige Dimensionierung ist entscheidend, um die Durchflusscharakteristiken des Ventils mit den Anforderungen der Anwendung abzustimmen und einen effizienten Betrieb zu gewährleisten. Die Wahl zwischen linear und gleichprozentig hängt von den Druckdynamiken und Steuerungsanforderungen des Systems ab.

Vergleich von Durchgangsventilen mit anderen Ventiltypen

Andere Mehrumdrehungs-/Linearbewegungsventile und Vierteldreh-/Rotationsventile sind gängige Ventilklassifikationen, die mit einem Durchgangsventil vergleichbar sind. Ihr Zweck und ihre Funktion bestimmen, wie sie in verschiedenen Anwendungen verwendet werden.

Mehrumdrehungs-/Linearbewegungsventile

Industrielle Durchgangsventile sind Mehrumdrehungsventile. Ein Schieberventil verwendet ebenfalls ein Mehrumdrehungs-Handrad, um den Ventilstopfen in eine lineare Richtung zu bewegen, aber ein Schieberventil hat einen geradlinigen Durchfluss. Der Ventilschaft eines Schieberventils senkt einen Stopfen oder ein Hindernis ab, das den Durchflussweg blockiert oder den Durchfluss ermöglicht, ohne dass das Medium die Richtung ändern muss. Folglich haben Schieberventile einen viel geringeren Druckverlust (L/D=~8) im vollständig geöffneten Zustand, sollten jedoch nicht zur Durchflussregelung verwendet werden, da dies zu einem drastischen Anstieg des Druckverlusts und erhöhtem Verschleiß an Tor und Sitz des Schieberventils führt. Lesen Sie unseren Durchgangsventil vs Schieberventil Artikel für weitere Details.

Vierteldreh-/Rotationsventile

Ein Rotationsventil verwendet einen Schraubenschlüsselgriff, der sich nur eine Vierteldrehung (90 Grad) bewegt, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen. Das Absperrventil an einer Gasleitung ist ein häufiges Beispiel für diesen Ventiltyp, der für eine schnelle Ein-/Aus-Funktion ausgelegt ist. Zwei gängige Typen von Vierteldreh-/Rotationsventilen sind Kugelhähne und Absperrklappen.

• Kugelhähne verwenden eine Kugel mit einem durchgebohrten Loch, das den Durchfluss ermöglicht, wenn das Loch parallel zur Durchflussrichtung steht, und ihn blockiert, wenn es in einer senkrechten Position ist.
• Eine Absperrklappe verwendet eine dünne Platte, um den Durchfluss zu blockieren, wenn ihre Oberfläche senkrecht zur Durchflussrichtung steht, oder den Durchfluss zu ermöglichen, wenn sie parallel ist.

Vierteldreh-/Rotationsventile haben einen sehr geringen Druckverlust (L/D=~3), aber begrenzte Drosselungsfähigkeiten. Lesen Sie unseren Durchgangsventil vs Kugelhahn Artikel für weitere Details.

FAQs

Wie wählt man zwischen 2-Wege- und 3-Wege-Durchgangsventilen?

Verwenden Sie 2-Wege-Durchgangsventile für Ein-/Aus- oder Drosselung in einem einzigen Durchflussweg. Verwenden Sie 3-Wege-Ventile zum Mischen oder Umleiten des Durchflusses zwischen zwei verschiedenen Wegen.

Wie schaffen es Hochdruck-Durchgangsventile, hohen Drücken standzuhalten?

Hochdruck-Durchgangsventile sind aus robusten Materialien gefertigt und haben dickere Wände und oft einen verstärkten Verschlussmechanismus.

Was ist der Zweck eines Positionsanzeigers an einem Durchgangsventil?

Ein Positionsanzeiger zeigt visuell den offenen oder geschlossenen Status des Ventils an und erleichtert manuelle Überprüfungen und die Systemüberwachung.

Was sind die Vorteile eines elektrischen Durchgangsventils im Vergleich zu einem manuellen?

Elektrische Durchgangsventile bieten Fernsteuerung und Automatisierung, was eine präzise Durchflussregelung und eine einfachere Integration in Steuerungssysteme im Vergleich zu manuellen Ventilen ermöglicht.