Nadelventil - Wie sie funktionieren

Ein Nadelventil wird verwendet, um Durchflussraten von sauberen Gasen oder Flüssigkeiten präzise zu steuern. Durch schrittweise Anpassungen des Schafts und Kolbens wird eine sanfte Durchflussregelung ermöglicht. Diese Ventile haben in der Regel niedrige Durchflussraten und einen relativ signifikanten Druckabfall vom Einlass zum Auslass. Standardmäßige Anschlussgrößen für Nadelventile reichen von 1/8" bis 2" (2 bis 12 mm). Die häufigste Anwendung eines Nadelventils ist die Steuerung des Gasflusses, wie zum Beispiel Propan in einem Tank. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Nadelventile funktionieren, welche die gängigsten Typen sind, welche Auswahlkriterien es gibt und mehr.

Inhaltsverzeichnis

• Wie Nadelventile funktionieren
• Auswahl eines Nadelventils
• Nadelventil-Symbol
• Vor- und Nachteile von Nadelventilen
• Anwendungen von Nadelventilen
• FAQs

Wie Nadelventile funktionieren

Ein manuell betätigtes Nadelventil mit einem Griff oder Handrad ist der häufigste Typ von Nadelventil. Der Kolben eines Nadelventils hat ein konisches Ende, das sich auf und ab bewegt, um eine Durchflussöffnung zu öffnen oder zu schließen. Abbildung 2 zeigt die Querschnittsansicht eines manuellen Nadelventils. Der Griff (Abbildung 2, gekennzeichnet mit D) ist mit dem Kolben verbunden, der als Schaft bezeichnet wird (Abbildung 2, gekennzeichnet mit E). Wenn der Griff gedreht wird, bewegt sich der Kolben durch das Gewinde nach oben oder unten (Abbildung 2, gekennzeichnet mit F). Die Sicherungsmutter (Abbildung 2, gekennzeichnet mit A) verhindert, dass sich der Kolben vollständig herausschraubt. Wenn sich der Kolben nach unten bewegt, kommt das spitze (konische) Ende (Abbildung 2, gekennzeichnet mit G) mit dem Ventilsitz in Kontakt, um die Durchflussöffnung vollständig abzudichten (Abbildung 2, gekennzeichnet mit C). Oft ist der Ventilsitz ebenfalls konisch. Dies ermöglicht eine präzise Durchflussregelung des Nadelventils.

Es gibt verschiedene Optionen und Größen, um das Nadelventil über den Anschluss (Abbildung 2, gekennzeichnet mit B) am Ein- und Ausgang mit einem Rohr oder Schlauch zu verbinden, wie z.B. Gewinde-, Flansch- oder Schweißverbindungen. Die Haube ist mit dem Ventilgehäuse verbunden (Abbildung 2, gekennzeichnet mit H), das aus verschiedenen Materialien wie Messing oder Edelstahl hergestellt sein kann.

Für ein tieferes Verständnis der verschiedenen Betriebsarten lesen Sie unseren Artikel über Nadelventiltypen.

Auswahl eines Nadelventils

Bei der Auswahl eines Nadelventils müssen vier Hauptmerkmale und/oder Anwendungsanforderungen berücksichtigt werden: Material, Druck, Baugröße und Temperatur.

Material

Die gängigsten Ventilgehäusematerialien sind Edelstahl und Messing aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit.

Edelstahl

Edelstahl ist ideal für Umgebungen, die hohe Korrosionsbeständigkeit, Haltbarkeit und Festigkeit erfordern. Nadelventilgehäuse aus Edelstahl eignen sich perfekt für Hochdruck-Anwendungen, typischerweise bis zu 690 bar (10.000 psi) und Hochtemperatur-Anwendungen, typischerweise -254 °C bis 649 °C (-425 °F bis 1.200 °F), insbesondere bei Verwendung von 316 Edelstahl, der für seine überlegene Beständigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion in Chlorid-Umgebungen bekannt ist. Seine nicht-reaktive Natur macht es geeignet für die Lebensmittel-, Pharma- und Chemieindustrie. Für niedrigere Drücke und Temperaturen oder wenn die Korrosionsbeständigkeit weniger kritisch ist, können Materialien wie Messing oder Kunststoff jedoch kostengünstigere und leichtere Alternativen sein.

Messing

Messing wird häufig für Nadelventilgehäuse unter moderaten Druck- und Temperaturbedingungen verwendet. Nadelventile aus Messing eignen sich für hydraulische Systeme, Trinkwasser, Hochtemperaturanwendungen und Gasleitungen und können typischerweise Drücke bis zu 207 bar (3.000 psi) und Temperaturen von -198 °C bis 204 °C (-325 °F bis 400 °F) bewältigen. Messing bietet eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit für präzise Fertigung und enge Toleranzen und ist kostengünstiger als Edelstahl, was es ideal für weniger anspruchsvolle Anwendungen macht. Es eignet sich für neutrale und nicht korrosive Medien und wird häufig in Trinkwasseranwendungen eingesetzt. Messing sollte jedoch nicht für Salzwasser, destilliertes Wasser, Säuren oder Chloride verwendet werden und ist nicht ideal für stark korrosive Umgebungen oder sehr hohe Drücke und Temperaturen. In solchen Fällen sind Edelstahl oder spezielle Legierungen aufgrund ihrer überlegenen Beständigkeit besser geeignet. Messing ist auch anfällig für Entzinkung, eine Form der Korrosion, die das Material im Laufe der Zeit schwächen kann, insbesondere in Umgebungen mit hohem Chloridgehalt.

Druck

Das Verständnis der Anwendungsanforderungen für den Druck in einem System ist entscheidend für die Auswahl des richtigen Nadelventils. Die richtige Druckklasse stellt sicher, dass das Ventil den Betriebsbedingungen des Systems ohne Ausfall standhalten kann, Lecks verhindert und die Sicherheit aufrechterhält. Robuste Nadelventile können Drücke bis zu 300 bar (4351 psi) bei 20 °C (68 °F) bewältigen.

Anschluss- und Durchflussöffnung

Nadelventile sind in einer Vielzahl von Anschluss- und Durchflussöffnungsgrößen erhältlich. Die Anschlüsse können männliche oder weibliche Enden haben. Gängige Gewindestandards sind NPT (National American Pipe Thread), BSP (British Standard Pipe) oder metrisch (ISO-Standards). Die am häufigsten verwendeten Nadelventile reichen von 2 bis 12 mm (1/8" bis 2"). Die Sicherstellung der richtigen Anschluss- und Durchflussöffnungsgröße gewährleistet einen effizienten Durchfluss und Systembetrieb mit geringeren Chancen auf Verschleiß und/oder Leckage.

Temperatur

Nadelventile eignen sich sowohl für Hoch- als auch für Niedertemperaturanwendungen, aber es ist wichtig, das Ventilgehäuse und das Dichtungs-/Packungsmaterial entsprechend zu spezifizieren, um sicherzustellen, dass sie den erforderlichen Bedingungen standhalten können. Die Wahl des Dichtungsmaterials ist besonders wichtig bei extremen Temperaturen, da es sicherstellt, dass das Ventil seine Integrität und Leistung beibehält, Lecks verhindert und einen zuverlässigen Betrieb unter verschiedenen thermischen Bedingungen gewährleistet.

• NBR-Dichtungen (Nitril-Butadien-Kautschuk) eignen sich für Temperaturen von -40°C bis 120°C (-40°F bis 248°F) und werden häufig in Anwendungen mit Ölen, Kraftstoffen und anderen Kohlenwasserstoffen eingesetzt.
• Teflon (PTFE)-Dichtungen können Temperaturen von -20°C (-4°F) bis etwas über 200°C (392°F) standhalten und sind ideal für Anwendungen, die chemische Beständigkeit und Hochtemperaturstabilität erfordern, wie in der chemischen Verarbeitung und Hochtemperatur-Flüssigkeitshandhabung.

Nadelventil-Symbol

Abbildung 3 zeigt das Symbol für ein Nadelventil. Das Schema enthält das Standard-2-Wege-Ventilsymbol mit einem Pfeil, der anzeigt, dass es sich um ein Nadelventil handelt.

Vor- und Nachteile von Nadelventilen

Vorteile

• Präzise Durchflussregelung, insbesondere für Anwendungen mit niedriger Durchflussrate
• Dichte Absperrung
• Kleine Baugröße

Nachteile

• Hoher Druckabfall aufgrund der starken Einschränkung des Flüssigkeitsstroms.
• Die Nadel und der Sitz können beschädigt werden, wenn die Flüssigkeit suspendierte Feststoffe enthält.
• Die Betrachtung des Nadelventilgriffs zeigt nicht, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist.

Anwendungen von Nadelventilen

Eine der häufigsten Verwendungen von Nadelventilen ist die Überwachung des Gasflusses (z.B. Propan) in einem System. Ein Propan-Nadelventil unterbricht den Fluss präzise und/oder regelt die Durchflussrate, wodurch die Brennrate für verschiedene Anwendungen kontrolliert wird. Nadelventile werden in folgenden Bereichen umfangreich eingesetzt:

• Nadelventile werden in Staudämmen, Reservoirs, Kraftwerken und Wasserverteilungssystemen zur Kontrolle von Wasserdruck und Durchflussrate eingesetzt.
• Nadelventile werden in automatisierten Verbrennungsregelungssystemen zur Regulierung des Brennstoffflusses eingesetzt.
• Diese Ventile werden häufig verwendet, um ein Manometer abzusperren oder die Durchflussrate in Durchflussmessgeräten zu regeln.
• Nadelventile steuern den Luftstrom zu Zylindern, um die Kolbengeschwindigkeit zu kontrollieren.

Lesen Sie unseren Artikel über Nadelventil-Anwendungen für eine umfassende Liste der Bereiche, in denen Nadelventile eingesetzt werden.

FAQs

Was ist die Funktion eines Nadelventils?

Ein Nadelventil wird für die präzise Steuerung des Flüssigkeitsstroms in verschiedenen Anwendungen verwendet, einschließlich chemischer Verarbeitung, Pharmazie und Instrumentierung, wo feine Einstellungen und zuverlässige Abdichtung wesentlich sind.

In welchen Anwendungen würden Sie ein Nadelventil einem Kugelventil vorziehen?

Kugelventile sind ideal für Ein-Aus-Absperranwendungen, eignen sich aber nicht zum Drosseln. Nadelventile sind perfekt für Anwendungen, die eine präzise Flüssigkeitssteuerung erfordern, wie zum Beispiel die Aufrechterhaltung eines geringen Flüssigkeitsflusses in einem Vergaser.