Scheibenventil - Funktionsweise

Scheibenventile verfügen über eine Scheibe im Ventil, die den Durchfluss durch das Rohr entweder vollständig blockiert oder teilweise zulässt. Der Begriff "Scheibenventil" ist keine spezifische Ventilart, sondern eine allgemeine Beschreibung für Ventile, die eine Scheibe zur Steuerung des Durchflusses nutzen. Diese Scheiben sind integraler Bestandteil des Betriebs mehrerer Ventiltypen, einschließlich Rückschlagventilen und Schmetterlingsventilen, wo sie helfen, eine druckdichte Abdichtung zu erzeugen. Scheibenventile sind vielseitig einsetzbar, geeignet für ein breites Spektrum von Anwendungen, von hohem bis niedrigem Druck, und sind besonders wirksam in Prozessleitungen, Warmwassersystemen und bei der Verwendung mit viskosen oder korrosiven Materialien. Dieser Artikel diskutiert die Funktionsweise, Typen und Designmerkmale von Scheibenventilen.

Inhaltsübersicht

• Wie funktionieren Scheibenventile?
• Typen von Scheibenventilen
• Designüberlegungen
• Auswahlkriterien
• Anwendungen

Wie funktionieren Scheibenventile?

Scheibenventile funktionieren typischerweise durch eine kreisförmige Scheibe, die auf einer zentralen Welle oder einem Scharnier montiert ist. Die Scheibe kann sich bewegen, um den Durchflussweg zu öffnen oder zu schließen. Die Drehung der Scheibe wird typischerweise durch einen manuellen Hebel, einen Getriebebetreiber oder einen Aktuator (pneumatisch, elektrisch, hydraulisch) erreicht, abhängig von den Anforderungen der Anwendung.

Die Funktionsweise eines Scheibenventils variiert je nach dem Ventil, zu dem es gehört. Jedoch teilen alle Scheibenventile das gemeinsame Merkmal, dass die Scheibe als Hauptbarriere gegen den Druck dient. Die Scheiben sind normalerweise aus haltbaren Metallen gefertigt, um solchen Drücken standzuhalten, und verschiedene Methoden werden verwendet, um die Scheibe entsprechend zu positionieren. Ihre Funktionen hängen von ihren spezifischen Typen ab. Im folgenden Abschnitt werden wir verschiedene Typen von Scheibenventilen betrachten.

Typen von Scheibenventilen

Dieser Abschnitt behandelt die gängigen Typen von Scheibenventilen. Es gibt viele weitere Scheibenventile, die jeweils auf spezifische Hersteller oder Anwendungen zugeschnitten sind, innerhalb dieser allgemeinen Kategorien.

Schmetterlingsventile

Schmetterlingsventile verwenden Scheiben, um eine Pipeline vollständig abzuschließen und sind in verschiedenen Designs erhältlich. Es gibt drei Haupttypen: Null-Offset-, Doppel-Offset- und Dreifach-Offset-Schmetterlingsventile.

• Null-Offset-Ventile oder konzentrische Ventile verfügen über eine Scheibe, die sich um die zentrale Achse des Rohrs dreht und typischerweise in Bedingungen bis zu 13,7 bar und 204 °C für allgemeine Anwendungen verwendet werden.
• Doppel-Offset-Ventile, bekannt als Hochleistungs-Schmetterlingsventile, haben zwei versetzte Stiele, die eine Nockenaktion erzeugen, um die Ventilscheibe zu bewegen, wodurch sie höheren Drücken standhalten können.
• Dreifach-Offset-Ventile sind mit drei versetzten Stielen konzipiert, die eine reibungslose Dichtung mit dem Scheibensitz ermöglichen. Diese Reduzierung der Reibung sorgt für eine gleichmäßige Dichtung, was diese Ventile für den Einsatz mit überhitztem Dampf oder Gasen und anderen anspruchsvollen, dichtungslosen Anwendungen geeignet macht.

Lesen Sie unseren Artikel über Schmetterlingsventil-Design für weitere Informationen zu den verschiedenen Designoptionen für Schmetterlingsventile.

Scheiben-Rückschlagventile

Scheiben-Rückschlagventile sind für die Verhinderung von Rückfluss konzipiert, um sicherzustellen, dass das Prozessfluid nur in der vorgesehenen Richtung fließt und nicht umkehrt. Diese Ventile können mit verschiedenen Mechanismen geschlossen werden, wie einer kippenden Scheibe, einem federbelasteten Mechanismus oder im Wafer-Stil. In jedem Fall funktioniert die Ventilscheibe, um jeden Rückfluss in das Rohr zu blockieren. Sie verhindern Rückfluss in Pumpenablassleitungen, Schwerkraftsystemen und schützen Ausrüstungen vor Druckstößen. Lesen Sie unseren Artikel über Übersicht über Rückschlagventile für weitere Informationen zum Design und zur Funktionsweise verschiedener Rückschlagventiltypen.

Scheibenventil für proportionale Steuerung

Die proportionale Steuerung in Scheibenventilen ermöglicht die präzise Regulierung von Durchflussraten durch das Ventil. Im Gegensatz zu traditionellen Ein/Aus-Ventilen, die entweder vollständig geöffnet oder geschlossen sind, können proportionale Steuerventile ihre Öffnung auf jede Position zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen einstellen. Dies ermöglicht dem Ventil, den Durchfluss von Medien mit großer Präzision zu regulieren, basierend auf externen Steuersignalen, typischerweise in Form von 4-20 mA Stromschleifen. Dies ist essentiell in Anwendungen, die feinabgestimmte Durchflussanpassungen erfordern, um spezifische Prozessbedingungen aufrechtzuerhalten.

Burkert Scheibenventil 3285

Designüberlegungen

Scheibendesign

• Material: Die Auswahl des Materials der Scheibe hängt von der vorgesehenen Verwendung und den Eigenschaften der Flüssigkeit ab. Häufig verwendete Materialien umfassen:
  • Metalle: Gusseisen, Edelstahl (verschiedene Grade für Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit), exotische Legierungen für Hochdruck- oder korrosive Anwendungen.
  • Kunststoffe: PVC, CPVC, PP (Polypropylen) für niedrigeren Druck, nicht-korrosive Medien.
  • Auskleidungen: Weiche oder elastische Auskleidungen (z.B. PTFE - Teflon) können für eine bessere Abdichtung oder Kompatibilität mit bestimmten Flüssigkeiten verwendet werden.
• Form: Die Form der Scheibe kann die Strömungseigenschaften und den Druckabfall über das Ventil beeinflussen. Häufige Formen umfassen:
  • Rund: Am häufigsten, bietet eine gute Abschaltung und Durchflusskontrolle.
  • Exzentrisch: Bietet verbesserte Abschaltung und reduzierten Verschleiß an den Dichtflächen.
  • Schmetterling: Hauptsächlich für Ein/Aus-Anwendungen verwendet, bietet ein Design mit niedrigem Druckabfall.

Sitzdesign

• Material: Ähnliche Überlegungen wie beim Scheibenmaterial, um Kompatibilität und Verschleißfestigkeit zu gewährleisten.
• Dichtungsmechanismus: Das Design des Sitzes und seine Interaktion mit der Scheibe bestimmen die Dichtungseffektivität. Häufige Typen umfassen:
  • Weichsitz: Verwendet eine kompressible Dichtung oder elastomeres Material für eine dichte Abschaltung. Geeignet für Anwendungen mit niedrigerem Druck.
  • Metallsitz: Bietet eine robustere Dichtung für Hochdruckanwendungen. Kann Läppen erfordern (Reiben des Metallsitzes und der Scheibe zusammen mit einer Schleifpaste, um Unvollkommenheiten zu entfernen) für eine optimale Dichtung.

Gehäusedesign

• Material: Das Gehäusematerial wird basierend auf Druckbewertung, Temperaturanforderungen und Kompatibilität mit dem strömenden Fluid ausgewählt. Häufig verwendete Materialien umfassen Gusseisen, duktilen Eisen, Edelstahl und Legierungsstahl.
• Flansch- oder Wafer-Stil: Der Gehäusestil bestimmt, wie das Ventil mit dem Rohrsystem verbunden wird. Flanschventile haben erhöhte Gesichter mit Bolzenlöchern für eine direkte Verbindung mit Flanschen an Rohren. Wafer-Stil Ventile passen zwischen Rohrflanschen und werden mit Bolzen durch das Gehäuse gesichert.
• Portdesign: Die Größe und Konfiguration der Ein- und Auslassports (Voll- oder Reduzierbohrung) beeinflussen die Strömungseigenschaften und den Druckabfall.

  Wellen- und Lagerdesign

  • Das Wellenmaterial muss stark genug sein, um das Betriebsdrehmoment zu handhaben und eine reibungslose Scheibendrehung zu gewährleisten. Edelstahl ist eine häufige Wahl.
  • Lager unterstützen die Welle und minimieren die Reibung während des Betriebs. Abhängig von der Anwendung können Lager geschmiert oder selbstschmierend sein.
  

  Abbildung 5: Verbindungstypen von Schmetterlingsventilen; Wafer-Typ Schmetterlingsventil (links), Flansch-Schmetterlingsventil (Mitte) und Lug-Stil Schmetterlingsventil (rechts)

  Das Burkert 3285 ist ein fortschrittliches proportionales integriertes Prozesssteuerventil, das präzise Kontrolle über den Durchfluss von Medien durch die Verwendung eines integrierten PID-Reglers bietet. Dieser Regler passt den Durchfluss basierend auf externen 4-20 mA Eingangssignalen an, um eine genaue Regulierung entsprechend spezifischen Anforderungen zu gewährleisten. Das Design des Ventils verfügt über zwei Oxidkeramikscheiben: eine stationäre mit einem Loch und eine drehbare Scheibe, die ebenfalls ein Loch enthält. Durch die Anpassung der Drehung der beweglichen Scheibe kann die Ausrichtung dieser Löcher fein gesteuert werden, wodurch die Ventilöffnung von vollständig geöffnet über proportional bis vollständig geschlossen eingestellt werden kann. Dieser Mechanismus bietet außergewöhnliche Kontrolle über die Durchflussrate und gewährleistet eine effiziente und präzise Durchflussregulierung.

  

  Abbildung 4: Burkert 3285 Scheibenventil

  Hygienisches Scheibenventil

  Hygienische Ventile, die funktional ähnlich zu anderen Scheibenventilen sind, sind speziell dafür konzipiert, sterile Bedingungen für das verarbeitete Fluid aufrechtzuerhalten. Die Scheibe in diesen Ventilen ist oft abgerundet, um einen reibungslosen Fluss des Produkts zu erleichtern. Häufig aus inerten Materialien wie Edelstahl gefertigt, sind diese Ventile ideal für den Einsatz mit Milchprodukten, Pharmazeutika, Getränken, Speiseölen und anderen lebensmittelbezogenen oder chemischen Substanzen. Das Scheibenventil, wenn es als hygienisches Ventil verwendet wird, wird besonders für seine Vielseitigkeit im Umgang mit verschiedenen Viskositäten und Schlämmen sowie für seine effektive Abschaltfähigkeit für solche Anwendungen geschätzt.

  Auswahlkriterien

  • Größe des Ventils: Bestimmen Sie den Durchmesser des Rohrs, das mit dem Ventil verbunden wird und von diesem wegführt. Dies hilft bei der Auswahl der passenden Ventilgröße, des Typs des Scheibenventils, der notwendigen Durchflussraten und der Kräfte, denen das Ventil standhalten muss. Berücksichtigen Sie die äußeren Abmessungen des Ventils, um sicherzustellen, dass es in den verfügbaren Raum passt, ohne räumliche Einschränkungen zu verursachen.
  • Druck- und Temperaturbereich: Verstehen Sie die Arbeitsdrücke und -temperaturen der Prozessflüssigkeiten. Scheibenventile sind basierend auf ihrem Design (z.B. konzentrisch vs. doppelt versetzt) und vorgesehenem Einsatz druckbewertet, daher ist es wesentlich, den Betriebsdruckbereich zu kennen, um Ihre Optionen einzugrenzen. Wenn hohe Temperaturen beteiligt sind (z.B. bei überhitzten Dämpfen oder heißen Chemikalien), stellen Sie sicher, dass das Ventil für solche Bedingungen bewertet ist.
  • Typ des Aktuators: Scheibenventile können durch manuelle Handräder, elektrische Aktuatoren, pneumatische Aktuatoren oder hydraulische Aktuatoren betrieben werden. Die Auswahl eines Aktuators hängt von der erforderlichen Steuerungspräzision, der Geschwindigkeit des Betriebs, den verfügbaren Energiequellen und Umweltüberlegungen ab. Elektrische Aktuatoren eignen sich für präzise Steuerung, pneumatische für schnelle Reaktion und hydraulische für Anwendungen mit hoher Kraft.
  • Verbindungstyp und Material: Die erforderlichen Druckbewertungen entscheiden über den Typ der benötigten Rohrverbindungen. Optionen umfassen Gewinde-, Niet-, Flansch- und Schweißverbindungen, wobei Gewindeverbindungen für niedrigere Drücke und Flansch- oder Schweißverbindungen für höhere Drücke geeignet sind. Wählen Sie das am besten geeignete Material für das Ventil unter Berücksichtigung der Prozessflüssigkeiten. Beispielsweise verwenden hygienische Ventile oft Edelstahl, um chemische Interaktionen mit den Flüssigkeiten zu vermeiden.

  Anwendungen

  Scheibenventile werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit in einer breiten Palette von Branchen eingesetzt. Hier sind einige Schlüsselanwendungen, in denen Scheibenventile eine wesentliche Rolle spielen:

  • Warmwassersysteme: Scheibenventile werden zur Steuerung des Flusses und der Temperatur von Warmwasser eingesetzt, um einen effizienten Betrieb und Sicherheit in Wohn-, Gewerbe- und Industrieeinstellungen zu gewährleisten.
  • Pharmazeutische Herstellungssysteme: In der pharmazeutischen Industrie ist die Aufrechterhaltung der Sterilität und präzise Kontrolle über die Prozessbedingungen entscheidend. Scheibenventile, insbesondere solche, die für hygienische Bedingungen ausgelegt sind, werden verwendet, um den Fluss von Flüssigkeiten und Gasen ohne Kontamination zu steuern.
  • Lebensmittel-/Chemieverarbeitungsanlagen: Ähnlich wie in der Pharmaindustrie erfordern die Lebensmittel- und Chemieindustrien Ventile, die verschiedene Viskositäten handhaben können und die Reinheit aufrechterhalten. Scheibenventile werden aufgrund ihrer Fähigkeit, eine dichte Dichtung zu bieten und Korrosion durch aggressive Substanzen zu widerstehen, ausgewählt.
  • Anwendungen mit hohem Druck: Scheibenventile sind darauf ausgelegt, hohen Drücken standzuhalten, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen die Kontrolle des Flusses unter solchen Bedingungen notwendig ist, einschließlich Öl- und Gasleitungen, Wasseraufbereitungsanlagen und Kraftwerken.
  • Brauereien: Die Brauindustrie profitiert vom Einsatz von Scheibenventilen in verschiedenen Produktionsstadien, von der Steuerung des Flusses der Zutaten bis zur Verwaltung des Fermentationsprozesses. Ihre Haltbarkeit und leichte Reinigung machen sie ideal für diese Anwendungen.
  • Korrosive Anwendungen: Scheibenventile aus Materialien wie Edelstahl können Korrosion durch harte Chemikalien widerstehen, was sie für den Einsatz in Umgebungen geeignet macht, in denen korrosive Substanzen verarbeitet werden.

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