Ventilarten und Ventilfunktionen Grundlagen zu industri
Grundlagen zu industriellen Ventilen: Grundfunktionen und Arten von Ventilen
Fluidsysteme mit kleinen Nennweiten spielen eine entscheidende Rolle für die betriebliche Produktivität von Industrieunternehmen weltweit. Im Hinblick auf die Systemfunktionalität sind Ventile dabei von zentraler Bedeutung.
Da es viele verschiedene Arten von Ventilen gibt, die den Durchfluss auf unterschiedliche Weise regeln, ist es für Betreiber von Fluidsystemen wichtig, sowohl die verfügbaren Ventilarten als auch deren jeweilige Funktionen zu kennen. Nur so lassen sich die passenden Ventile für die entsprechende Anwendung auswählen.
Für eine fundierte Ventilauswahl müssen Konstrukteure und Betreiber von Fluidsystemen zunächst grundlegende Fragen klären: Soll der Durchfluss gestartet oder gestoppt werden? Soll die Durchflussrichtung gesteuert werden? Soll die Durchflussrate reguliert werden? Soll das System vor Überdruck geschützt werden? Die Antworten auf diese Fragen geben Aufschluss darüber, welche Ventilarten erforderlich sind. Anschließend können Konstrukteure oder Betreiber detailliertere Überlegungen zur Ventilauswahl anstellen. So wird sichergestellt, dass sie für ihre Anwendung Ventile in der richtigen Größe, aus den richtigen Materialien und mit den richtigen Leistungskriterien auswählen (mehr dazu am Ende dieses Artikels).
In diesem Blogartikel werfen wir zunächst einen Blick darauf, wie eine erfolgreiche Ventilauswahl gelingen kann. Ein umfassendes Verständnis der verschiedenen Ventiltypen für industrielle Fluidsysteme ist der Ausgangspunkt dafür, die passenden Ventile mit entsprechender Funktion für Ihre Anwendung zu finden.
Grundlagen der Ventilfunktionen verstehen
Was ist ein Ventil? Ein Ventil ist eine Komponente, die dazu dient, den Durchfluss (d. h. die kontinuierliche, gleichmäßige Beförderung) von Flüssigkeiten oder Gasen so zu steuern, dass im Fluidsystem optimale Betriebsbedingungen gewährleistet sind. Dies kann erreicht werden, indem der Durchfluss gestoppt, gedrosselt oder umgelenkt wird. Der Durchfluss von Flüssigkeiten und Gasen erfolgt von höheren Druckbereichen in niedrigere Druckbereiche. Diese Durchflussrate wird normalerweise mithilfe eines Durchflussmessers gemessen und als Strecke oder Volumen pro zeitlicher Einheit angegeben (z. B. Meter pro Sekunde, Gallonen pro Tag, Liter pro Minute etc.).
Wie funktionieren Ventile? Ventile beeinflussen die Durchflussrate basierend auf unterschiedlichen Faktoren wie dem Durchmesser ihres Endanschlusses oder dem Strömungsweg des Ventils. Um zu verstehen, wie Ventile den Durchfluss steuern, geben Hersteller in der Regel einen Durchflusskoeffizienten (Kv) für das Ventil an. Je höher der Kv, desto höher die Durchflussrate. Doch ein höherer Kv ist nicht immer von Vorteil – je nach Ventilart und Anwendung weisen manche Ventile auch einen Kv von fast Null auf. Mithilfe unseres Cv-Rechners können Sie den erforderlichen Durchflusskoeffizienten (Cv) Ihrer Ventile ganz einfach ermitteln – auf Basis von Drücken, Durchflussraten, Temperaturen und Prozessmedien in Ihrem System.
Wie werden Ventile klassifiziert?
In industriellen Fluidsystemen gibt es fünf grundlegende Ventilfunktionen, die Sie kennen sollten: An/Aus, Durchflussregelung, Steuerung der Durchflussrichtung, Schutz vor Überdruck und Überlaufkontrolle. Für jede dieser Funktionen existiert ein genormtes Symbol, die auch in R&I-Fließdiagrammen zu finden sind. Es ist hilfreich, sowohl die Klassifizierung von Ventilen als auch die zugehörigen Symbole zu verstehen, um Ventilsymbole in R&I-Fließbildern schnell mit den Funktionen der dargestellten Ventilarten in Verbindung bringen zu können.
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An/Aus An/Aus ist die grundlegendste Funktion eines Ventils. An/Aus-Ventile regeln den Durchfluss des Mediums. Trotz ihres relativ simplen Grundprinzips gibt es viele unterschiedliche Ventilarten, die diese Funktion erfüllen. Dazu gehören zum Beispiel:
- Kugelhähne: Kugelhähne ermöglichen eine zuverlässige Absperrung. Über einen Handgriff wird eine Kugel im Inneren des Ventils gedreht, um den Durchfluss freizugeben oder zu blockieren.
- Kükenhähne: Kükenhähne funktionieren ähnlich, jedoch mit einem drehbaren Absperrkörper (statt einer Kugel), der über den Handgriff betätigt wird und so den Durchfluss freigibt oder blockiert.
- Faltenbalgventile: Faltenbalgventile sind mit einer hohen, zylindrischen Spindel und einem Faltenbalg versehen, der sich bei Betätigen des Handrads ausdehnt und zusammenzieht. Dabei wird ein Stellantrieb auf den Balg gedrückt, wodurch sich der Durchfluss präzise regulieren lässt.
- Membranventile: Membranventile funktionieren ähnlich wie Faltenbalgventile. Statt eines Faltenbalgs wird jedoch eine flexible Membran durch einen Stellantrieb nach unten gedrückt, um den Durchfluss zu begrenzen.
Ein/Aus-Ventile spielen für die Sicherheit eines Fluidsystems eine zentrale Rolle. Viele Fluidsystemprozesse laufen unter hohen Temperaturen und Drücken ab. Darüber hinaus kann es sich bei den transportierten Medien um Gefahrstoffe handeln, die im Leckagefall umgehend gestoppt werden müssen, um Risiken für das Bedienpersonal zu vermeiden. Sicherheitsabsperrventile ermöglichen es Bedienern, den Durchfluss im Falle einer Leckage schnell zu stoppen. Das Symbol für ein Ein/Aus-Ventil (auch für Kugelhähne) in R&I-Fließbildern erkennen Sie an seiner „Fliegenform“.
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Durchflussregelung. Diese Ventile regeln den Durchfluss in einem System. Ihr Funktionsprinzip reicht von einfacher Durchflussregelung bis hin zur Feinregelung. Nadelventile werden üblicherweise zur Regelung oder Drosselung des Durchflusses verwendet. Über das Handrad wird ein Stellantrieb in der Ventilspindel präzise abgesenkt. Dieses endet in einer Nadel, die den Durchfluss zunehmend blockiert, je tiefer sie sitzt.
Wie Faltenbalg- oder Membranventile können auch Nadelventile bei Bedarf eine Ein/Aus-Funktion bieten. Sie sind jedoch in erster Linie auf eine Regulierung der Durchflussrate ausgelegt. Diese Durchflussrate wird durch die Größe der Öffnung sowie die Art und Position der Ventilspindel bestimmt. Wie man sieht, ähnelt das Symbol eines Durchflussregelventils (oder Nadelventils) in einem R&I-Fließbild dem eines Ein/Aus-Ventils. Zusätzlich kennzeichnet ein nach unten zeigendes Dreieck die Funktion zur Durchflussregelung innerhalb des Ventils.
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Steuerung der Durchflussrichtung. Über diese Ventilfunktion wird sichergestellt, dass das transportierte Medium in die gewünschte Richtung fließt. Sie ermöglichen auch eine Änderung der Durchflussrichtung im System. Rückschlagventile und Mehrwegkugelventile werden meist genutzt, um die Durchflussrichtung zu steuern. Rückschlagventile verhindern Rückfluss und sorgen dafür, dass das Medium nur in eine Richtung fließt. Mehrwegkugelventile verfügen (wie andere Kugelhähne) über eine Ein-/Aus-Funktion, erlauben über die Drehung des Handrads aber zusätzlich das gezielte Umleiten des Mediums.
Ventile zur Steuerung der Durchflussrichtung bieten zwar eine eine An/Aus-Funktion, jedoch keine Drosselfunktion. Das Symbol für Ventile zur Steuerung der Durchflussrichtung (oder Rückschlagventile) in R&I-Fließbildern erkennt man an einem nach unten geneigten Pfeil zwischen zwei Linien.
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Schutz vor Überdruck. Diese Ventilfunktion verhindert, dass der Systemdruck einen definierten Grenzwert überschreitet. In der Regel kommen Überströmventile und Berstscheiben für diesen Zweck zum Einsatz. Überstromventile spielen in allen druckbeaufschlagten Systemen eine sehr wichtige Rolle und bilden eine Art letzte Abwehrlinie gegen Überdruckbedingungen im System. Überströmventile können so eingestellt werden, dass sie sich entweder automatisch bei einem bestimmten Druck oder stufenweise mit steigendem Druck öffnen. Auch Entlüftungs-
und Spülventile kommen zum Einsatz, um Medien abzulassen und zu spülen und so eine gefahrlose Wartung oder den sicheren Betrieb von Fluidsystemen zu ermöglichen.
Überdruckschutzventile dienen dem Schutz Ihrer Anlage und ermöglichen eine ununterbrochene Produktion, selbst wenn es im System zu Überdruck kommt. Das Symbol für Überdruckschutzventile (oder Überströmventile) in R&I-Fließbildern erkennt man an zwei sich berührenden Dreiecken mit einer antennenartigen Linie darüber.
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Überlaufkontrolle. Auch Rohrbruchsicherungsventile spielen eine wichtige Rolle für die Systemsicherheit. Sie verhindern eine unkontrollierte Freisetzung von Systemmedien, indem sie aktiviert werden, sobald der Durchfluss durch das Ventil einen vorab festgelegten Wert erreicht. Wenn es stromabwärts zu einem Überlaufen kommt, löst der Ventilkegel aus und stoppt somit weitestgehend eine unkontrollierte Freisetzung des Systemmediums. Rohrbruchsicherungsventile kehren bei einer Normalisierung des Drucks wieder in ihre Ursprungsposition zurück.
Diese Ventile machen einen komplexen Bypass-Mechanismus überflüssig und sorgen zudem für einen geringeren Instandhaltungsaufwand. Das Symbol für Rohrbruchsicherungsventile in R&I-Fließbildern erkennt man an einem Rechteck mit Verengungen auf einer Seite und einem Kreis in der Mitte.
So wählen Sie den richtigen Ventiltyp
Mit einem umfassenden Verständnis des Durchflusses und dessen Regelung mithilfe von unterschiedlichen Ventilarten sind Sie besser dazu in der Lage, bei Ihrer Fluidsystemauslegung die richtigen Entscheidungen zu treffen. Dieser Artikel ist jedoch nur eine Einführung. In diesem Artikel finden Sie weitere Informationen zur bewährten STAMPED-Methode für die Auswahl der richtigen Ventilart.
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