Ein umfassender Leitfaden zur Dimensionierung von Kugelhähnen

Das Verständnis für die Dimensionierung von Kugelhähnen ist für Industrien, die Fluidsteuerungssysteme verwenden, von wesentlicher Bedeutung. Bei der Dimensionierung eines Kugelhahns sind viele Parameter zu berücksichtigen, darunter die Art der Flüssigkeit, die Durchflussmenge, der Druck, die Geschwindigkeit und die Betriebsbedingungen. Dieser Artikel befasst sich ausführlich mit der Dimensionierung von Kugelhähnen, einschließlich der wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren, verschiedener Methoden und Dimensionierungstabellen für gängige Anwendungen. Lesen Sie unseren Übersichtsartikel über Kugelhähne, um weitere Informationen über den Aufbau und die Funktionsweise von Kugelhähnen zu erhalten.

Inhaltsübersicht

• Wie man Kugelhähne dimensioniert
  • Überlegungen zur Strömung
  • Druck
  • Verhältnis zur Rohrgröße
  • Ventilanschlüsse
  • Geschwindigkeit der Medien
• Wie man die Größe eines Kugelhahns misst
• Kugelhahn-Größentabelle
• FAQs

Wie man Kugelhähne dimensioniert

Bei der Dimensionierung von Kugelhähnen für verschiedene Anwendungen sind einige wichtige Überlegungen anzustellen, z. B. zu Druckparametern, zum Verhältnis zwischen Ventil- und Rohrgröße, zu Ventilanschlüssen, zur Geschwindigkeit des Mediums und zu Bedenken hinsichtlich Kavitation.

Überlegungen zur Strömung

Bei der Dimensionierung von Kugelhähnen für verschiedene Anwendungen ist es wichtig, die Durchflussmengen zu berücksichtigen, die häufig durch die Werte Cv und Kv dargestellt werden. Diese Werte geben die Durchflusskapazität des Ventils an und beschreiben im Wesentlichen, wie viel Flüssigkeit bei einem bestimmten Druck durch das Ventil fließen kann. Ein höherer Cv- oder Kv-Wert bedeutet, dass das Ventil mehr Flüssigkeit mit geringerem Widerstand durchlassen kann und somit eine bessere Durchflussregelung bietet. Hier sind einige Überlegungen zum Ablauf zu beachten:

• Maximaler Durchfluss bei etwa 90 % Öffnung: Dadurch wird sichergestellt, dass die Armatur nicht an ihrer Belastungsgrenze arbeitet, was Verschleiß vorbeugt und ihre Lebensdauer verlängert.
• Minimaler Durchfluss bei etwa 10 % Öffnung: Dies ermöglicht die Steuerung und erlaubt niedrige Durchflussraten, während das Ventil kaum geöffnet ist, was zu Instabilität oder ungenauer Steuerung führen könnte.
• Normaler Durchfluss bei etwa 60-70 % Öffnung: Dies sorgt für ein Gleichgewicht zwischen Kontrolle und Lebensdauer, da der Betrieb des Ventils in diesem Bereich eine gewisse Anpassung in beide Richtungen ermöglicht, ohne das Ventil an seine Grenzen zu bringen.

Druck

• Legen Sie das Ventil so aus, dass 10-15 % des gesamten Druckabfalls oder 0,7 bar (10 psi) genutzt werden, je nachdem, welcher Wert größer ist. Dadurch kann das Ventil Druckschwankungen im System ohne das Risiko einer Beschädigung oder eines Ausfalls bewältigen.
• Regelventile sind so zu bemessen, dass sie bei maximalem Durchfluss etwa 1/3 des gesamten Systemdruckabfalls aufnehmen. Diese Druckverlustverteilung ermöglicht es dem Regelventil, den Durchfluss effektiv zu regeln und gleichzeitig einen effizienten und sicheren Betrieb des Systems zu gewährleisten.
• Stellen Sie den Steuerdruckabfall auf 50-60% des Reibungsdruckverlustes der Rohrsysteme ein. Der Druckabfall bezieht sich auf die Verringerung des Drucks beim Durchgang der Flüssigkeit durch das Ventil. Durch die Einstellung auf 50-60% des Reibungsdruckverlustes des Rohrsystems kann das Ventil den Durchfluss effektiv steuern, ohne einen übermäßigen Druckabfall zu verursachen, der die Effizienz des Systems beeinträchtigen könnte.

Verhältnis zur Rohrgröße

• Steuerventile sollten nicht kleiner als die Hälfte des Rohrdurchmessers dimensioniert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ventil die erforderliche Durchflussmenge bewältigen kann, ohne dass ein erheblicher Druckabfall oder eine hohe Durchflussgeschwindigkeit entsteht, was zu Problemen wie Kavitation oder Lärm führen könnte.
• Absperrventile sollten die gleiche Größe wie die Rohrleitung haben (auch bekannt als Leitungsgröße). Dies gewährleistet eine minimale Unterbrechung des Durchflusses, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist.
• Verwenden Sie niemals einen Kugelhahn, der größer ist als das Rohr, in das er eingebaut werden soll. Ein größeres Ventil passt möglicherweise nicht richtig, könnte die Strömungsdynamik stören und einen übermäßigen Druckabfall oder andere Betriebsprobleme verursachen.

Ventilanschlüsse

Flanschverbindungen sind üblich und werden in der Regel gemäß den Spezifikationen der Leitung verwendet. Für Kugelhähne mit einem Durchmesser von 1½ Zoll oder weniger wird jedoch ein Mindestwert von 300 ANSI (American National Standards Institute) empfohlen, da diese Ventile in Hochdruckanwendungen wie der Öl- und Gasförderung, der chemischen Verarbeitung und der Stromerzeugung eingesetzt werden. Die ANSI 300-Zulassung bedeutet, dass das Ventil einem maximalen Druck von 49,6 bar (720 psi) bei Umgebungstemperatur standhalten kann.

Geschwindigkeit der Medien

Für nicht scheuernde, saubere Flüssigkeiten wird eine Leitungsgeschwindigkeit von etwa 3 m/s (10 ft/s) empfohlen. Bei abrasiven Medien ist es jedoch wichtig, die Geschwindigkeit so niedrig wie möglich zu halten, um den Verschleiß des Ventils zu minimieren. Die Geschwindigkeit sollte immer noch hoch genug sein, um zu verhindern, dass sich die Abriebpartikel aus der Flüssigkeit absetzen. Lesen Sie unseren Artikel über Ventile für hochviskose Flüssigkeiten, um mehr darüber zu erfahren.

Es wird empfohlen, nach dem Ventil einen geraden Rohrabschnitt zu haben, um Kavitation zu vermeiden. Unter Kavitation versteht man die Bildung und das Kollabieren von Dampfblasen in einer Flüssigkeit, die das Ventil beschädigen können. Dadurch kann die Flüssigkeit reibungslos fließen, was die Wahrscheinlichkeit von Unterbrechungen verringert. Eine T-Kreuzung oder ein Krümmer unmittelbar nach dem Ventil kann den Durchfluss stören und zu Kavitation führen.

Wie man die Größe eines Kugelhahns misst

Verwenden Sie unseren Kv- oder Cv-Rechner, um die für ein bestimmtes Medium und einen bestimmten Druckabfall erforderliche Durchflussmenge zu berechnen. Bei der Auswahl der Ventile ist ein Cv- (oder Kv-) Wert zu wählen, der dem berechneten Ergebnis am nächsten kommt, wobei in der Regel auf die nächste Zahl abgerundet wird, es sei denn, eine bestimmte maximale Druckdifferenz eines Ventils wird überschritten. Ein überdimensioniertes Ventil kann zu Wasserschlag und vorzeitigem Verschleiß des Ventilgehäuses führen. Umgekehrt kann ein unterdimensioniertes Ventil nicht genügend Mediendurchfluss liefern und den verfügbaren Differenzdruck zwischen den Anschlüssen überschreiten.

Tabelle 1 zeigt die Cv- und Kv-Werte in Abhängigkeit von den Standardkugelhahngrößen für Dreiwege-Kugelhähne mit reduziertem Anschluss und Gewinde. Wenn der berechnete Cv-Wert 15 beträgt, wählen Sie einen Kugelhahn der Größe ½ Zoll, da er dem Nenn-Cv-Wert (15,2) für diese Größe am nächsten kommt. Wenn der berechnete Cv-Wert 110 beträgt, wählen Sie einen Kugelhahn mit einer Größe von 2 Zoll und so weiter.

Kugelhahn-Größentabelle

Die Cv- und Kv-Werte der verschiedenen Kugelhahntypen sind in den Tabellen 1-5 angegeben.

Kugelhahn mit vollem Anschluss Cv-Tabelle & Kv-Tabelle

Tabelle 1: Größentabelle für Kugelhähne mit vollem Durchgang in mm (Cv-Tabelle)

Größe BSP (in Zoll)	DN (mm)	Cv bei vollständiger Öffnung	Kv, wenn vollständig geöffnet
1/4	8	18	15,35
3/8	10	20	17,06
1/2	15	23	19.6
3/4	20	55	46,9
1	25	95	81,03
1 1/4	32	155	132,2
1 1/2	40	260	221,8
2	50	440	375,3
2 1/2	65	710	605,6
3	80	1050	895,6
4	100	2040	1740,1

3-Wege-Flanschkugelhahn mit vollem Durchgang Cv & Kv-Tabelle

Tabelle 2: 3-Wege-Kugelhahn mit vollem Durchgang Cv-Tabelle

Größe (in Zoll)	Größe (in mm)	Cv	Kv (m3/h)
1/2	12.7	15.2	13
3/4	19	23,3	20
1	25.4	45,5	39
1 1/4	31.75	58,4	50
1 1/2	38.1	112	96
2	50.8	224,1	192
2 1/2	63.5	308,1	264
3	76.2	409,6	351
4	101.6.	762,1	653

3-Wege-Kugelhahn mit reduziertem Anschluss und Gewinde Cv- und Kv-Tabelle

Tisch 3: 3-Wege-Kugelhahn mit reduziertem Anschluss und Gewinde Cv- und Kv-Tabelle

Größe (in Zoll)	Größe (mm)	Cv (Gallonen/min)	Kv (m3/h)
1/4	6.35	12,8	11
3/8	9.525	12,8	11
1/2	12.7	15.2	13
3/4	19.05	17.5	15
1	25.4	36,2	31
1 1/4	31.75	45,5	39
1 1/2	38.1	72,4	62
2	50.8	120,2	103
2 1/2	63.5	239,2	205
3	76.2	270,7	232
4	101.6.	480,8	412

V-Kugelhahn Cv-Tabelle

Ein V-Port-Kugelhahn hat eine konturierte V-förmige Kugel im Inneren, die die Durchflussmenge in industriellen Anwendungen präzise regelt.

Tabelle 4: V-Kugelhahn Cv-Maßtabelle

Ventilgröße Zoll	Ventilgröße (mm)	Kugelwinkel	15	20	30	40	50	60	70	80	90	100%
1/2	12.7	30°	0.1	0.1	0.2	0.3.	0,5	0,8	1.1	1.6	2.2	2.6
		60°	0.1	0.1	0.3.	0,5	0,9	1.4	2	3,3	4,4	6
3/4	19.05	30°	0.1	0.2	0,5	0,7	1.1	1.8	2.4	3,3	4.5	5,4
		60°	0.1	0.2	0,7	1	1.7	2,8	4	6,5	9	12
1	25.4	30°	0.1	0.3.	0,8	1.3	2.3	3.5	5.1	9.8	8.5	10
		60°	0.2	0.4.	1.1	1.8	3,4	5,3	7.9.	12.3	15,3	21
1 1/4	31.75	30°	0.2	0.4.	1.1	2	3,7	5.5	8	10	13	15
		60°	0.2	0.6	1.8	3	5.5	9.5.	12,8	19	26	39
1 1/2	38.1	30°	0.3.	0.6	1.6	3	5	7,5	11	14	17	20
		60°	0.4.	0,8	2.5	4	8	13	19	27	40	52
2	50.8	30°	0.4.	1.2	3,8	6	10	15	23	31	43	60
		60°	0.4.	1.	4,6	9	16,5	27	39	55	83	110
2 1/2	63.5	30°	0.4.	1	4	8	12	18	28	37	62	75
		60°	0.4.	1.5	5	10	21	34	53	75	103	150
3	76.2	30°	0,5	1.2	4	8	14	23	33	46	65	82
		60°	0,5	2.5	6	4	25	40	65	91	128	165
4	101.6.	30°	0.6	2	6	15	29	48	71	100	130	159
		60°	0,7	3	11	25	40	59	90	141	212	356
6	152.4	30°	0,9	3.2	14	33	60	103	155	220	280	350
		60°	2	5	22	60	110	190	285	416	586	800

V-Kugelhahn Kv-Tabelle

Tabelle 5: V-Kugelhahn Kv Maßtabelle

Ventilgröße Zoll	Ventilgröße (mm)	Kugelwinkel	15	20	30	40	50	60	70	80	90	100%
1/2	12.7	30°	0,08	0,08	0.17.	0,25	0.42.	0,68	0.93.	1,36	1,87	2.2
		60°	0,08	0,08	0,25	0.43.	0,77	1,19	1,706	2,8	3,7	5,12
3/4	19.05	30°	0,08	0.17.	0.42.	0.6	0.93.	1.5	2,04	2,8	3,8	4,6
		60°	0,08	0.17.	0.59.	0,85	1,45	2.4	3,412	5.5	7,7	10,23
1	25.4	30°	0,08	0,25	0,68	1.1	1,96	2,98	4,3	8,3	7.25	8,53
		60°	0.17.	0.34.	0.93.	1.5	2,9	4.5	6,73	10,5	13,05	17,91
1 1/4	31.75	30°	0.1	0.34.	0,94	1.7	3,16	4.7	6,82	8,53	11.1	2,8
		60°	0.17.	0.51.	1,53	2.6	4.7	8.1	10,9	16,2	22,1	33,3
1 1/2	38.1	30°	0,25	0.51.	1,36	2.5	4,2	6.4.	9,4	11.9	14.5	17,06
		60°	0.34.	0,68	2,13	3,4	6,8	11.1	16,2	23,03	34,12	44,3
2	50.8	30°	0.34.	1.02.	3,24	5.1	8.5	12,8	19.6	26,4	36,7	51,2
		60°	0.3.	0,8	3,9	7,7	14,07	23,03	33,2	46,9	70,7	93.8
2 1/2	63.5	30°	0.3.	0,8	3,4	6,8	10.2	15,3	23,9	31,5	52,9	63,9
		60°	0.3.	1.3	4,3	8.5	17,9	29	45,2	64	87,8	127,9
3	76.2	30°	0.4.	1	3,4	6,8	11.9	19.6	28,1	39,2	55,4	69,9
		60°	0.4.	2.1	5.1	3,4	21.3	34,1	55,4	77,6	109,2	140,7
4	101.6.	30°	0,5	1.7	5.1	12,8	24,7	40,9	60,5	85,3	110,9	135,6
		60°	0.6	2,55	9,4	21.3	34,1	50,3	76,8	120,3	180,8	303,6
6	152.4	30°	0,7	2,73	11.9	28,1	51,2	87,8	132,2	187,7	238,8	298,5
		60°	1.7	4,3	18,7	51,2	93.8	162	243,1	354,8	499,8	682,4

FAQs

Was ist eine Ventilauslegung?

Bei der Ventildimensionierung geht es um die Auswahl der geeigneten Ventilabmessungen und -eigenschaften, um sicherzustellen, dass das Ventil den Flüssigkeitsdurchfluss innerhalb eines Rohrleitungssystems auf der Grundlage spezifischer Anwendungsanforderungen effektiv steuern kann.

Wie dimensioniert man einen Kugelhahn?

Bei der Dimensionierung eines Kugelhahns müssen Faktoren wie Durchflussmenge, Druckabfall, Rohrgröße und anwendungsspezifische Anforderungen berücksichtigt werden, um die geeignete Ventilgröße und -konfiguration auszuwählen, mit der der Flüssigkeitsdurchfluss in einem System effektiv gesteuert werden kann.

Was ist der Cv-Wert eines Kugelhahns?

Der Cv-Wert (Durchflusskoeffizient) eines Kugelhahns steht für seine Fähigkeit, den Flüssigkeitsdurchfluss zu steuern, und wird in der Regel vom Ventilhersteller als Zahlenwert angegeben, wobei höhere Cv-Werte eine größere Durchflusskapazität anzeigen.

Wie berechnet man den Cv-Wert für Ventile?

Cv (Durchflusskoeffizient) für Ventile wird wie folgt berechnet: Cv = Q / sqrt(deltaP). Q ist die Durchflussmenge in GPM, deltaP ist der Druckabfall in psi.

Wie misst man die Ventilgröße?

Um die Ventilgröße zu ermitteln, bestimmen Sie die Rohrnennweite (NPS) oder den Durchmesser des Einlass-/Auslassanschlusses des Ventils mit einem Maßband oder einem Messschieber. Übliche NPS-Größen sind 1/2", 3/4" und 1".