Steuerung des Flüssigkeitsstroms mit Kugelhähnen

Ein Kugelhahn ist eine Art Vierteldrehventil mit einer Hohlkugel zur Durchflussregelung. Durch eine 90-Grad-Drehung des Ventils wird das Loch der Kugel in die Durchflussrichtung gebracht, und durch die Umkehrung wird das Ventil in der geschlossenen Stellung vollständig geschlossen. Am oberen Ende der Kugel ist eine Spindel angebracht, die sich durch die Spindeldichtung nach außen erstreckt, um an einen Handgriff oder einen pneumatischen/elektrischen Antrieb angeschlossen zu werden. Kugelhähne werden häufig für den EIN/AUS-Betrieb verwendet, können aber auch als Durchflussregelventil eingesetzt werden.

Es gibt drei Haupttypen von Kugelhähnen: mit Standardanschluss, mit vollem Anschluss und mit V-Anschluss (für eine präzise Durchflussregelung). Sie sind außergewöhnlich langlebig und kostengünstig. Sie bieten auch nach vielen Betriebszyklen eine gleichbleibende Leistung, dichten dicht ab, sind hochdruckfest und erfordern wenig bis gar keine Wartung. Der einfache Mechanismus eines Kugelhahns und seine leichte Bedienbarkeit und Flexibilität machen ihn zu einem beliebten Ventil für industrielle Anwendungen mit Drücken bis zu 1.000 bar (14.500 psi) und Temperaturen bis zu 400°C (752°F). Lesen Sie unseren Artikel über Kugelhähne, um mehr über den Aufbau und die Funktionsweise von Kugelhähnen zu erfahren.

Durchflussregelung mit Kugelhähnen

Wenn man die Parameter (Kosten, Wartung, Genauigkeit usw.) von Ventilen zur Durchflussregelung nebeneinander stellt, sind Kugelhähne oft für die meisten Anwendungen geeignet. Die Verwendung eines Kugelhahns zur Durchflussregelung ist durchaus üblich, da es sich um eine kostengünstige Lösung handelt und die meisten Prozesse keine genaue Genauigkeit der Durchflussraten erfordern. Die Einfachheit der Kugelhähne und ihre Robustheit bei der Durchflussregelung machen sie für private, gewerbliche und industrielle Anwendungen geeignet.

Abbildung 2 zeigt verschiedene Durchflusskennlinien von Kugelhähnen, die auf ihrer Konstruktion basieren. Wie Sie sehen können, ändern sich die Strömungseigenschaften je nach Konstruktion. Ein Kugelhahn mit V-Anschluss hat eine Kennlinie mit gleichem Prozentsatz (Abbildung 2, Kennzeichnung B), was die Präzision der Durchflussregelung erhöht. Eine Kennlinie mit gleichem Prozentsatz nähert sich einer linearen Kurve an, ist aber keine ganz lineare Kurve, da die prozentuale Steigung des maximalen Durchflusses zunimmt, wenn sich das Ventil öffnet.

In der richtigen Anwendung kann diese Eigenschaft eines Kugelhahns mit V-Anschluss von Vorteil sein. V-Port-Kugelhähne sind zum Beispiel besonders nützlich, wenn die Temperaturänderungsrate mit zunehmender Durchflussmenge abnimmt (z. B. bei Wärmeübertragungsprozessen). 

Die Vorteile von Kugelhähnen als Stromregelventil

Kugelhähne haben ein hohes Absenkverhältnis (Verhältnis von maximalem zu minimalem Durchfluss). Das bedeutet, dass ein Kugelhahn die Durchflussmenge über einen weiten Bereich regeln kann. Die Ventildrehung ist gleichmäßig und gleichbleibend ohne Sprungeffekt (Schlupf in der Ventilbewegung). Dadurch wird sichergestellt, dass ein proportionales Eingangssignal von einem Stellantrieb gleichbleibende Durchflussraten bei kleinen Ventilöffnungen liefert. Kugelhähne werden häufig in Regelanwendungen eingesetzt, die moderate Druckabfälle erfordern, da die Kugelbohrung im Gegensatz zu den meisten anderen Ventiltypen nur geringe Durchflussbeschränkungen bietet. Kugelhähne eignen sich für die Durchflussregelung im Notfall, da die Vierteldrehung eine schnelle Betätigung gewährleistet. Erfahren Sie mehr über die Vorteile der Verwendung eines Kugelhahns für die Durchflussregelung in unserem Artikel über den Vergleich von Absperrklappen und Kugelhähnen. 

Weitere Vorteile von Kugelhähnen als Stromregelventil

• Er kann bei hohem Druck und hoher Temperatur arbeiten.
• In vollständig geschlossenem Zustand gibt es keine Leckage. 
• Das Ventil hat einen ausgezeichneten Durchflusskoeffizienten im vollständig geöffneten Zustand. Ein Kugelhahn mit vollem Durchgang hat die Durchflusseigenschaften der Rohrleitung.
• Die Dichtfläche ist selbstreinigend, weshalb sie auch bei leicht verschmutzten Medien eingesetzt werden können.
• Im Vergleich zu anderen Ventiltypen mit ähnlichen Durchflusscharakteristiken hat es eine relativ geringe Größe und ein geringes Gewicht.
• Kugelhähne gibt es in einer Vielzahl von Anschlussarten, z. B. mit Flansch, Überwurfmutter, Gewinde usw. 

Die Nachteile von Kugelhähnen als Stromregelventil

Als modulierendes Regelventil eignen sich die Kugelhähne mit vollem und normalem Anschluss hervorragend für Anwendungen wie das Befüllen eines Wassertanks und andere Durchflussregelungen, bei denen linear eingestellte Durchflussraten nicht so wichtig sind. Die Öffnung der zylindrischen Bohrung des Kugelhahns bewirkt eine ungleichmäßige Verteilung des Durchflusses bei jedem Öffnungsgrad. Trotz ihrer Vielseitigkeit zeichnen sich Kugelhähne durch eine schlechte Drosselung aus, insbesondere bei niedrigen Durchflussraten. Bei einer kleinen Ventilöffnung kann die hohe Strömungsgeschwindigkeit die Ventilteile verschleißen. Kugelhähne sind auch nicht für größere Rohrdurchmesser erhältlich oder sind bei diesen Größen teuer. Kugelhähne sind in erster Linie für Auf/Zu-Anwendungen konzipiert und bieten bei hohen Drücken möglicherweise keine präzise Durchflussregelung. Das plötzliche Öffnen oder Schließen der Kugel kann zu Druckspitzen und Durchflussschwankungen führen. In einigen Fällen kann sich ein Kugelhahn sogar selbst schließen, wenn er zur Durchflussregelung bei hohem Druck verwendet wird, was zu einem Druckstoß führen kann, der nachgeschaltete Geräte beschädigt oder Personen in der Nähe verletzt.

Was ist ein v-Port-Kugelhahn?

Ein Kugelhahn mit V-Anschluss ist ein Kugelhahn, bei dem die Öffnungen für den Flüssigkeitsstrom v-förmig sind (siehe Abbildung 4). Das V-förmige Design befindet sich normalerweise auf dem Ball, kann aber auch auf dem Sitz sein. Diese V-Form ermöglicht einen stabilen Durchfluss durch das Ventil für Anwendungen mit kontrolliertem Durchfluss.

Wie funktioniert der V-Port-Kugelhahn zur Durchflussregelung?

Wenn sich das Ventil aus einer geschlossenen Position heraus dreht, ermöglicht das kleine Ende der "V"-Öffnung einen Flüssigkeitsstrom mit hohen Geschwindigkeiten. Im Gegensatz zum Kugelhahn mit vollem und normalem Durchgang steigt der Durchfluss durch das Ventil weiter an, wenn das Ventil in den vollständig geöffneten Zustand übergeht. Übliche Winkel des "V" sind 15°, 30°, 45°, 60° oder 90°.

Der V-Anschluss-Kugelhahn bietet alle Vorteile der Kugelhähne mit Standardanschluss, verfügt aber zusätzlich über eine bessere Durchflussregelung. Aufgrund dieser zusätzlichen Eigenschaft werden sie häufig in folgenden Bereichen eingesetzt: Lebensmittelverarbeitung, Landwirtschaft, chemische Industrie, Abfallverarbeitung usw. Der Nachteil des V-Port-Kugelhahns ist die Konstruktion, die zusätzliche Maßnahmen erfordert, um die höhere Strömungsgeschwindigkeit zu bewältigen.

Um mehr über die Auswahl des richtigen Kugelhahns für Ihren Betrieb zu erfahren, lesen Sie unseren technischen Artikel zur Auswahl von Kugelhähnen!

Schlussfolgerung

Der Kugelhahn ist eine kosteneffiziente Lösung für Durchflussregelungsanwendungen, bei denen eine präzise Regelung der Durchflussmenge nicht erforderlich ist. Der Kugelhahn mit V-Anschluss bietet zusätzliche Präzision bei der Durchflussregelung, wobei die Vorteile der Kugelhähne mit vollem und normalem Anschluss erhalten bleiben. Wenn man alle Parameter der Armaturenauswahl berücksichtigt, haben Kugelhähne mehrere Eigenschaften, die sie zu einer besseren Allzweckarmatur machen als andere Armaturentypen.