Strukturelle Klassifizierung: Vier grundlegende Designs
Absperrklappen werden in erster Linie dadurch beschrieben, wo die Welle im Verhältnis zur Scheibe und zum Gehäuse sitzt, da diese Geometrie über Reibung, Dichtleistung und Lebensdauer entscheidet. Die vier gängigen Ausführungen sind konzentrisch, einfach exzentrisch, doppelt exzentrisch und dreifach exzentrisch.
| Design | Geometrie | Typischer Leistungsbereich | Typischer Dienst |
|---|---|---|---|
| Konzentrische Mitteldichtung | Wellen-, Scheiben- und Körpermitten fallen zusammen | Niedriger Druck, Umgebungstemperatur, etwa 100.000 Zyklen | Wasser- und Luftleitungen, kommunale Versorgung und Entwässerung |
| Einzelner Exzenter | Wellenversatz von der Scheibenmitte | Mäßiger Druck, Gummisitze, keine sichtbare Leckage | Saubere Prozessleitungen, Lebensmittel- und Pharmaleitungen |
| Doppelter Exzenter | Wellenversatz sowohl von der Scheiben- als auch der Körpermitte | Höherer Druck, Metall- oder Graphitsitze, Obergrenze etwa 425 Grad Celsius, über 500.000 Zyklen | Hochtemperatur-Dampf- und Gasleitungen in petrochemischen und metallurgischen Anlagen |
| Dreifach exzentrisch | Doppelexzentrische Ausführung mit geneigter Dichtfläche | Metall-auf-Metall-Dichtung, zertifiziert nach API 609 Klasse VI, hoher Druck und extreme Temperaturen, großer Regelbereich | Kryospeicherung, Frischdampf und anspruchsvolle Abschaltaufgaben |
Bei der konzentrischen Konstruktion reiben die Scheibe und der Sitz bei jedem Hub über ihren gesamten Umfang, sodass der Sitz verschleißt und die Lebensdauer der Dichtung kurz ist. Die Bauweise ist dennoch günstig und für Wasser und Luft mit niedrigem Druck völlig ausreichend. Durch das Versetzen der Welle wird die Reibung verringert, da die Scheibe den Sitz früher im Hub verlässt. Bei der Doppelexzenterkonstruktion löst sich die Scheibe zu Beginn des Öffnens vollständig, wodurch ein Großteil der Reibung beseitigt wird und Metallsitze praktischer werden, was wesentlich höhere Temperaturen ermöglicht. Das dreifach exzentrische Design fügt eine geneigte konische Dichtfläche hinzu, sodass die Dichtung durch mechanisches Verkeilen zweier Metallflächen und nicht durch Gleitkontakt erfolgt. Dadurch erreicht ein Ventil mit Metallsitz eine Leckagerate der Klasse VI und sorgt gleichzeitig für eine stabile Durchflusskontrolle über die gesamte Vierteldrehung.
Betätigung: manuell, pneumatisch, elektrisch und hydraulisch
Absperrklappen werden auf vier Arten betätigt, und die Wahl richtet sich in der Regel nach der Größe der Klappe und der erforderlichen Betätigungsgeschwindigkeit. Der manuelle Betrieb mit einem Griff, einem Schneckengetriebe oder einem Handrad eignet sich für kleine Ventile mit DN200 und darunter, die selten betätigt werden. Die pneumatische Betätigung, entweder doppelt wirkend oder mit Federrückstellung, ist schnell und führt einen Hub in wenigen Sekunden aus. Sie wird für schnelles Abschalten und für Gefahrenbereiche bevorzugt, in denen eine Explosionsschutzzertifizierung erforderlich ist. Die elektrische Betätigung bietet Fernsteuerung und genaue Modulationsfunktion über ein Positionssignal, was sich für eine zentrale Überwachung und Präzisionsregelung eignet, obwohl ihr Explosionsschutz weniger robust ist als der einer pneumatischen Einheit. Die hydraulische Betätigung liefert ein hohes Drehmoment über eine hydraulische Stromversorgung und wird bei sehr großen Ventilen und in rauen Umgebungen wie Wasserkraft-Tailrace und Offshore-Plattformen eingesetzt.
Dichtungstyp: Weichsitz und Metallsitz
Weichsitzventile verwenden Elastomer- oder Polymersitze, typischerweise Nitrilkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk oder Polytetrafluorethylen, und sie dichten bei mäßigem Druck und Temperatur dicht ab. Ihre Temperaturbeständigkeit ist der begrenzende Faktor, im Allgemeinen bis zu etwa 150 Grad Celsius, aber sie sind kostengünstig und die richtige Wahl für Wasser-, Öl- und viele chemische Anwendungen. Ventile mit Metallsitz verwenden einen Edelstahlsitz, eine gehärtete oder karbidbeschichtete Scheibe und eine Graphitpackung und vertragen hohe Temperaturen, hohe Drücke und abrasive oder partikelförmige Medien, allerdings auf Kosten einer höheren Bearbeitungspräzision und eines viel höheren Preises als ein weicher Sitz.
Spezielle Funktionsdesigns
Über den Standardkatalog hinaus werden Ventile für besondere Betriebsbedingungen gebaut. Hochtemperaturkonstruktionen verwenden hitzebeständige Gusslegierungen und lassen Spiel zwischen Welle und Lager zu, damit die Scheibe durch Wärmeausdehnung nicht blockiert werden kann. Bei kryogenen Konstruktionen werden austenitischer Edelstahl und Materialien auf Nickelbasis verwendet, die ihre Zähigkeit auch bei sehr niedrigen Temperaturen beibehalten, mit einem Polymersitz, der nicht spröde wird, und werden für die Speicherung von Flüssiggas verwendet. Bei verschleißfesten Konstruktionen wird die Scheibe mit einer Karbidbeschichtung versehen und ein vollständiger Strömungsweg verwendet, um die Partikelerosion bei der Handhabung von Schlamm und Asche zu begrenzen. Vakuumkonstruktionen kombinieren einen Metallbalg mit einer Elastomerdichtung, um Leckagen in Halbleiter-, Beschichtungs- und Vakuumwärmebehandlungsanlagen zu verhindern.
Verbindungstypen und Auswahl
Der Gehäuseanschluss entscheidet darüber, wie das Ventil eingebaut wird. Zwischenflanschventile werden zwischen zwei Rohrflanschen eingeklemmt und sparen erheblich Bauraum, sind jedoch nicht für Hochdruck- oder Vibrationsleitungen geeignet. Flanschventile sind stabiler, vertragen einen höheren Druck und lassen sich zu Wartungszwecken leichter entfernen. Ventile mit Klemmenden ermöglichen eine schnelle Montage und sind in hygienischen Prozesslinien weit verbreitet. Vollverschweißte Gehäuse werden dort verwendet, wo absolute Dichtheit erforderlich ist. Die Auswahl sollte beim Medium beginnen: Korrosive Flüssigkeiten erfordern ein ausgekleidetes oder hochlegiertes Gehäuse und Partikelmedien eine gehärtete, exzentrische Ausführung. Dann kommen die Betriebsparameter, da Druck, Temperatur und Vakuum jeweils auf einen bestimmten Sitz und eine bestimmte Konstruktion hinweisen, gefolgt vom Automatisierungsbedarf und den Kosten bzw. der Lebenserwartung der Anwendung. Die Druckprüfung des fertigen Ventils erfolgt nach anerkannten Ventilprüfnormen, und das Design und die Einbaumaße der Absperrklappe werden durch Normen wie API 609, ISO 10631 und in China GB/T 12238 für Ventile mit elastischem Sitz und JB/T 8527 für Ventile mit Metallsitz abgedeckt.
FAQ
F: Wie viele Haupttypen von Absperrklappen gibt es?
Normalerweise werden vier Strukturtypen unterschieden: konzentrisch oder mittig abgedichtet, einfach exzentrisch, doppelt exzentrisch und dreifach exzentrisch. Jeder Typ ist mit unterschiedlichen Dichtungen, Betätigungs- und Gehäuseanschlüssen erhältlich.
F: Was ist der Unterschied zwischen einer doppelt exzentrischen und einer dreifach exzentrischen Absperrklappe?
Das doppelt exzentrische Design versetzt die Welle sowohl von der Scheiben- als auch der Körpermitte versetzt, sodass die Scheibe beim Öffnen den Sitz freigibt. Das dreifach exzentrische Design fügt eine geneigte Dichtfläche hinzu, sodass die Dichtung durch Verkeilen zweier Metallflächen entsteht und so ein festerer und haltbarerer Metallsitz entsteht.
F: Wann sollte ein Weichsitzventil anstelle eines Metallsitzventils verwendet werden?
Verwenden Sie einen weichen Sitz für Wasser-, Öl- und allgemeine Chemikalienanwendungen innerhalb der Temperaturgrenzen, bei denen eine dichte Absperrung und niedrige Kosten im Vordergrund stehen. Verwenden Sie einen Metallsitz für hohe Temperaturen, hohen Druck, abrasive Medien oder wenn eine feuersichere Konstruktion erforderlich ist.
F: Welche Betätigungsart eignet sich am besten für explosionsgefährdete Bereiche?
In der Regel wird eine pneumatische Betätigung bevorzugt, da federrückstellende und doppeltwirkende Zylinder mit Explosionsschutzzertifizierung erhältlich sind und einen schnellen und zuverlässigen Betrieb ermöglichen. Elektrische Antriebe können auch für explosionsgefährdete Bereiche geliefert werden, erfordern jedoch zusätzlichen Schutz.
F: Wie wird eine Absperrklappe an die Rohrleitung angeschlossen?
Üblich sind Zwischenflansch-, Flansch-, Klemm- und Schweißverbindungen. Wafer-Gehäuse sind kompakt und wirtschaftlich, Gehäuse mit Flansch sind für höhere Drücke geeignet und einfacher zu warten, und geschweißte Gehäuse werden dort eingesetzt, wo keine Leckage toleriert werden kann.
