Was ist ein Kugelventil?

Durchgangsventile sind Absperrventile mit linearer Bewegung, die dazu dienen, den Durchfluss mithilfe eines als Scheibe bezeichneten Verschlusselements zu starten, zu stoppen oder zu regulieren. Der Kugelventilteller kann den Strömungsweg vollständig verschließen oder ganz entfernt werden. Die Sitzöffnung ändert sich proportional zum Hub der Scheibe, was ideal für Aufgaben mit Durchflussregulierung ist. Kugelventile eignen sich am besten zur Drosselung und Steuerung des Flüssigkeitsflusses und werden am häufigsten eingesetzt. Sie werden im Allgemeinen in Rohrleitungen kleinerer Größe eingesetzt.

Ein Kugelventil nutzt eine lineare Bewegung, um eine Scheibe (Verschlusselement) in die Sitzfläche hinein oder aus dieser heraus zu bewegen. Kugelventile bilden einen kugelförmigen Hohlraum um den Anschlussbereich, daher der Name. Die Scheibe kann verschiedene Formen haben und bewegt sich senkrecht zum Kugelventilsitz. Diese Scheibenbewegung hilft beim Öffnen und Schließen des Ventils. Kugelventile werden im Allgemeinen für Rohre mit einer Größe von 8 Zoll oder weniger verwendet. In diesem Artikel werden wir die Arten, Teile, das Funktionsprinzip, die Funktion, das Symbol, die Anwendung sowie die Vor- und Nachteile von Kugelventilen untersuchen.

Darüber hinaus lässt sich die Sitzkraft von Durchgangsventilen je nach Sitz- und Tellerausführung durch eine verschraubte Spindel zwangsgesteuert steuern. Die Dichtleistung des Durchgangsventils ist hoch. Sie können für den Ein-Aus-Betrieb verwendet werden, wenn der Strömungswiderstand des gewundenen Strömungskanals dieser Ventile akzeptabel ist. Einige Kugelventile sind auch speziell für den Einsatz im Ein-Aus-Betrieb mit geringem Strömungswiderstand ausgelegt. Aufgrund des kurzen Verfahrwegs der Scheibe zwischen der offenen und geschlossenen Position sind Kugelventile ideal, wenn das Ventil häufig geöffnet und geschlossen werden muss. Dadurch können Durchgangsventile für vielfältige Aufgaben eingesetzt werden.

Teile für Kugelventile

Ein typisches Absperrventil besteht aus den folgenden Teilen:

• Ventilkörper (6): Kugelform
• Motorhaube (7)
• Scheibe oder Stecker (10)
• Stamm (9)
• Joch
• Stopfbuchse und Flansch (3)
• Sitzring (11)
• Jochhülse (2)
• Stopfbuchsschrauben und Muttern (4)
• Handrad (1): Mechanischer Aktuator
• Rücksitz
• Druckdichtung
• Verpackung
• 

• Arten von Kugelventilen

  Um den vielfältigen Arbeitsaufgaben bei geringsten Kosten gerecht zu werden, werden zahlreiche Variationen von Durchgangsventilen entwickelt. Die drei gängigsten Arten von Kugelventilkonfigurationen für den industriellen Einsatz sind:

  T-Stück-Muster (T-Typ) Durchgangsventile haben den niedrigsten Durchflusskoeffizienten und einen höheren Druckabfall. In stark drosselnden Betrieben können solche Durchgangsventile eingesetzt werden. Wenn der Druckabfall kein Problem darstellt und eine Drosselung erforderlich ist, ist das Absperrventil vom Typ T-Stück eine gute Wahl.

• Sternmuster Kugelventile können über längere Zeiträume ohne starke Erosion aufgebrochen werden. Sie bieten einen sehr geringen Strömungswiderstand. Für Anlaufvorgänge werden häufig Absperrventile vom Y-Typ eingesetzt.Winkelmuster Kugelventile lenken den Flüssigkeitsstrom in eine senkrechte Richtung, ohne dass ein Winkelstück erforderlich ist. Für Anwendungen mit pulsierendem Durchfluss werden Eckventile verwendet, da diese den Schwalleffekt bewältigen können.
• 

• Arten von Durchgangsventilen abhängig vom Gehäuse-Oberteil-Anschluss

  Basierend auf Gehäuse-Oberteil-Verbindungen sind folgende Arten von Durchgangsventilen erhältlich:

  • Verschraubte Motorhaube: Preiswertes, einfaches Design.
  • Verschraubte Motorhaube: am beliebtesten und am weitesten verbreitet. Benötigen Sie eine Dichtung zur Abdichtung der Karosserie- und Motorhaubenverbindung.
  • Geschweißte Motorhaube: beliebt dort, wo keine Demontage erforderlich ist. geringeres Gewicht.
  • Druckdichtendes Oberteil: Für Hochdruckanwendungen wird dieser Typ von Durchgangsventilen verwendet.
  • Flanschhaube: Kann für jede Größe und jeden Betriebsdruck ausgelegt werden. Mit steigendem Druck wird diese Art von Absperrventil jedoch schwer und sperrig.
  • Überwurfring-Motorhaube: Es ist ein separater verschraubter Überwurfring erforderlich, der das Oberteil am Ventilgehäuse hält. Diese Art der Kugelventilkonstruktion ist normalerweise auf eine Größe von bis zu 3 Zoll beschränkt.

  Kugelventilsitz

  Durchgangsventile sind entweder mit Metallsitz- oder Weichsitzanordnungen ausgestattet. Um die Belastungen beim Sitzen gleichmäßig zu halten, werden verschiedene Variationen des Sitzdesigns vorgenommen. Die folgende Abbildung zeigt die am häufigsten verwendeten Sitzkonfigurationen in Durchgangsventilen.

• 

• Funktion des Kugelventils

  Die Hauptfunktion eines Kugelventils besteht darin, den Durchfluss zu starten, zu stoppen oder zu regulieren. Beim Öffnen des Kugelventils bewegt sich die Scheibe nach oben, sodass die Flüssigkeit proportional fließen kann. Im geöffneten Zustand hebt sich der Ventilschaft und springt oben heraus. Kugelventile werden normalerweise in kleineren Größen verwendet; meist 12 Zoll oder weniger groß. Mit zunehmender Größe des Kugelventils steigt auch die für den Betrieb erforderliche Leistung. In der Praxis fungiert ein Durchgangsventil als Auf-Zu-Ventil, kann aber auch zur Drosselung eingesetzt werden.

  Funktionsprinzip des Kugelventils

  Sehen Sie sich das unten gezeigte Querschnittsbild des Kugelventils an. Ein Kugelventil besteht aus einer beweglichen Scheibe und einem feststehenden Ringsitz in einem kugelförmigen Körper. Der Sitz eines Kugelventils befindet sich in der Mitte und parallel zum Rohr, und die Öffnung im Sitz wird mit der Scheibe verschlossen. Wie auf dem Bild zu sehen ist, wird die Bewegung der Scheibe mithilfe des Ventilschafts gesteuert (abgesenkt oder angehoben), wenn das Handrad manuell oder durch einen Aktuator gedreht wird. Wenn der Ventilteller über dem Sitzring sitzt, wird der Durchfluss vollständig gestoppt.

  

  Wenn die Scheibe jedoch angehoben wird, beginnt der Fluss, da die Aufwärtsbewegung der Scheibe Platz für die Flüssigkeit schafft

• Kugelventilscheiben

  Die Lage von Ventilteller und -sitz lässt sich schematisch wie folgt beschreiben:

  

  Die Scheibe eines Absperrventils wird in drei Grundausführungen hergestellt; Konventionelle Disc (oder Ball Disc), Composition Disc und Plug Type Disc.

  Kugelscheibe: Bei herkömmlichen Scheiben besteht die Sitz- und Scheibenkonstruktion aus einer kugelförmigen Metallscheibe. Dieser verfügt über eine kurze Verjüngung und passt problemlos auf einen Sitz mit flacher Oberfläche im Gehäuse. Für Niederdruckanwendungen ist diese Art von Durchgangsventil sehr beliebt und wirtschaftlich. Obwohl die Kugelscheibe in der Lage ist, den Durchfluss zu drosseln, dient sie dennoch hauptsächlich dazu, den Durchfluss zu starten und zu stoppen.

• Kompositionsdiskette: Ein harter, nichtmetallischer Einsatzring wird auf der Scheibe einer Kompositionsscheibenkonstruktion verwendet, um einen festeren Verschluss zu schaffen. Für Hochtemperatur- und Druckanwendungen werden Verbundscheiben aufgrund ihrer ausreichenden Elastizität und Erosionsbeständigkeit eingesetzt. Das zusammengesetzte Scheiben-Absperrventil ist im Grunde eine verbesserte Version des herkömmlichen Scheiben-Absperrventils. Kompositions-Discs können ersetzt oder repariert werden.

• 

  Steckscheibe: Die Kegelscheibe ist die beste aller drei Kugelventilscheibenausführungen und eignet sich für Drosselanwendungen. Ein langer, konischer Metallstopfen wird zu einer Stopfenscheibe verarbeitet, die in einem Kegel sitzt und so eine breite Sitzfläche erzeugt.

  Disc-Stem-Konfiguration

  Der Schaft eines Kugelventils kann sich je nach Ausführung beim Anheben oder Absenken der Klappe drehen oder nicht drehen. Dementsprechend stehen verschiedene Scheiben-Vorbau-Konfigurationen zur Verfügung

• Rotierender Schaft mit integrierter Scheibe
  • Rotierender Schaft mit nicht integrierter Scheibe
  • Nicht rotierender Schaft mit integrierter Scheibe
  • Nicht rotierender Schaft mit nicht integrierter Scheibe
• Aufgrund der Einfachheit des Designs verfügen die meisten Absperrventile über einen rotierenden Schaft.

• Durchflussrichtung des Kugelventils

  Für Tieftemperaturanwendungen wird die Durchflussrichtung in einem Durchgangsventil so eingebaut, dass der Druck unter der Scheibe wirkt. Diese Konstruktion erleichtert die Bedienung, schützt die Packung und verhindert eine gewisse Erosionswirkung auf den Sitz und die Scheibenflächen. Für Hochtemperatur-Dampfanwendungen hingegen werden Kugelventile so positioniert, dass der Druck über der Scheibe liegt. Dadurch wird vermieden, dass sich der Schaft beim Abkühlen zusammenzieht, was dazu führen kann, dass die Scheibe vom Sitz abgehoben wird.

• Kugelventil-Symbol

  Das folgende Absperrventilsymbol ist in der Rohrleitungsindustrie sehr beliebt. Diese werden in P&IDs verwendet, um ein Handschuhventil von anderen Ventiltypen zu unterscheiden.

  

  Das folgende Bild zeigt das typische Kugelventilsymbol, das zur Bezeichnung eines Bypassventils in einer Kontrollstation verwendet wird.

  

  Diagramm des Kugelventils

  Durchgangsventile sind in drei Gehäusemustern erhältlich.

  • Standardmuster (T-Muster oder Z-Muster)
  • Winkelmuster
  • Schrägmuster (Sternmuster oder Y-Muster)

  Absperrventile mit Standardmuster oder T/Z–Muster

  Dies ist das gebräuchlichste Muster für Kugelventilkörper. Durch die horizontale Einstellung des Sitzes können sich Schaft und Scheibe senkrecht zur Richtung des Flüssigkeitsflusses bewegen. Dieses Design bietet von allen verfügbaren Mustern den höchsten Widerstand gegen den Flüssigkeitsfluss. Dieses Standard-Absperrventildesign weist den niedrigsten Durchflusskoeffizienten und den höchsten Druckabfall auf. Für stark drosselnde Anwendungen und Anwendungen, bei denen der Druckabfall keine große Rolle spielt, wie z. B. in Bypassleitungen um ein Steuerventil, werden diese Art von Durchgangsventilen häufig verwendet.

  

  Absperrventil mit Schrägmuster oder Y-Muster

  Das Kugelventilgehäusedesign mit schrägem Muster eignet sich für Anwendungen, die einen geringen Druckabfall erfordern. Ihr schräges Musterdesign reduziert den Strömungswiderstand des Durchgangsventils auf ein Minimum. Sitz und Schaft sind in einem Winkel von ca. 45 Grad abgewinkelt, sorgen bei vollständiger Öffnung für einen geraderen Strömungsweg und bieten den geringsten Strömungswiderstand.

  

  Absperrventil mit Winkelmuster

  Das Design des Kugelventilkörpers mit Winkelmuster wird durch Modifizierung des grundlegenden Standard-Kugelventils hergestellt. Die Ventilenden dieser Art von Durchgangsventilen stehen senkrecht oder in einem Winkel von 90°, und der Flüssigkeitsfluss erfolgt mit einer einzigen 90°-Umdrehung. Im Vergleich zu Schrägsitzventilen haben sie einen etwas geringeren Durchflusskoeffizienten. Für Anwendungen mit pulsierendem Durchfluss werden aufgrund ihrer Fähigkeit, den Schwalleffekt zu bewältigen, Eckventile eingesetzt.

  Wenn ein Absperrventil in der Nähe eines Rohrbogens benötigt wird, bietet das Absperrventilgehäuse mit Winkelausführung zwei Vorteile. Erstens sorgt der Winkelkörper für einen stark reduzierten Strömungswiderstand. Zweitens erspart das Winkelmusterdesign die Notwendigkeit einer Rohrverschraubung und -verbindung.

  

  Vorteile des Kugelventils

  Die wesentlichen Vorteile von Durchgangsventilen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • Gute Dichtfähigkeit.
  • Mäßige bis gute Drosselfähigkeit.
  • Kürzerer Hub.
  • Bieten Sie eine große Auswahl an Funktionen, da sie in T-, Y- und Winkelkörperausführungen erhältlich sind.
  • Die Bearbeitung und Erneuerung der Sitzflächen ist einfach.
  • Durch geringfügige konstruktive Änderungen kann das Durchgangsventil auch als Rückschlagventil eingesetzt werden.

  Nachteile des Handschuhventils

  Die Nachteile von Absperrventilen lassen sich wie folgt auflisten:

  • Höhere Druckverluste aufgrund vieler Richtungsänderungen
    • Höherer Kraft- oder Leistungsbedarf zum Sitzen des Ventils.
    • Drosselströmung unter dem Sitz und Absperrströmung über dem Sitz.

  • Anwendungen von Kugelventilen

    Kugelventile können in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden; Sowohl Niederdruck- als auch Hochdruck-Flüssigkeitsdienste. Die typischen Anwendungen von Durchgangsventilen sind:

    • Kühlwassersysteme, die eine Durchflussregulierung erfordern.
    • Heizölsystem, das Dichtheit erfordert.
    • Regelventil-Bypass-Systeme.
    • Hochpunkt-Belüftungsöffnungen und Tiefpunkt-Abläufe.
    • Öl und Gas, Speisewasser, chemische Zufuhr, Raffinerie, Kondensatorluftabsaugung und Absaugsysteme.
    • Kesselentlüftungen und -abläufe, Dampfleitungen, Frischdampfentlüftungen und -abläufe sowie Heizungsabläufe.
    • Turbinendichtungen und Abflüsse.

    Absperrventil gegen Absperrschieber

    Die Hauptunterschiede zwischen Durchgangsventil und Absperrschieber sind unten aufgeführt:

    Durchgangsventil	Absperrschieber
    Die Kugelventilkonstruktion ist komplex, die wichtigsten inneren Komponenten befinden sich innerhalb der Körperhöhle.	Die Konstruktion des Absperrschiebers ist einfacher, da sich die meisten Teile oben auf dem Ventilkörper befinden.
    Hoher Druckabfall	Geringer Druckabfall.
    Das Kugelventil ist unidirektional.	Gate Valve ist ein multidirektionales Ventil.
    Das Kugelventil wird zur Durchflussregelung verwendet.	Der Absperrschieber wird nur zur Isolierung verwendet.
    Die Scheibe des Kugelventils bewegt sich parallel zum strömenden Medium.	Der Schieberteller bewegt sich senkrecht zum Flüssigkeitsstrom.
    Das Kugelventil bietet mehr Widerstand gegen den Flüssigkeitsfluss.	Der Absperrschieber bietet dem Flüssigkeitsfluss nur einen geringen Widerstand.
    Das Gewicht eines Absperrventils gleicher Größe und Nennleistung ist höher als das eines Absperrschiebers.	Das Gewicht des Absperrschiebers ist vergleichsweise geringer.
    Kugelventile sind aufgrund der komplexen Konstruktion teurer	Vergleichsweise günstiger
    Kugelventile werden normalerweise nicht für Größen über 12 Zoll verwendet	Absperrschieber können auch für größere Größen verwendet werden.

    Durchgangsventil vs. Kugelventil

    In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Unterschiede zwischen einem Durchgangsventil und einem Kugelhahn aufgeführt.

    Durchgangsventil	Kugelhahn
    Hoher Druckabfall	Geringer Druckabfall
    Das Kugelventil verwendet eine Scheibe, die gegen die Strömung arbeitet.	Beim Kugelhahn handelt es sich um eine Kugel, die sich quer zum Durchfluss schließt.
    Das Kugelventil ist ein Ventil mit linearer Bewegung	Kugelhahn ist ein Drehbewegungsventil.
    Ein Kugelventil bietet eine bessere Kontrolle als ein Kugelventil	Der Kugelhahn bietet bessere Absperreigenschaften als der Durchgangshahn.
    Kugelventile sind günstiger als Kugelhähne	Kugelhähne sind im Design komplexer als Kugelhähne und daher teurer.
    Langsamer Betrieb	Schnelle Abschaltung, es besteht die Möglichkeit eines Wasserschlags.

    Standards für Durchgangsventile

    Hersteller von Absperrventilen verwenden die folgenden Codes und Standards für die Konstruktion von Absperrventilen für industrielle Anwendungen:

    API-Standards für Durchgangsventile:

    • API 623 – Kugelventile aus Stahl – Flansch- und Stumpfschweißenden, verschraubte Oberteile
    • API 602 – Absperr-, Kugel- und Rückschlagventile aus Stahl für die Größen DN 100 und kleiner für die Erdöl- und Erdgasindustrie
    • API 6D – Spezifikation für Pipeline-Ventile
    • API 598 – Ventilinspektion und -prüfung
    • API 6FA – Brandtest für Ventile

    BS-Standards für Durchgangsventile:

    • BS 1873 – Kugelventile und Absperr- und Rückschlagventile aus Stahl, Flansch- und Stumpfschweißenden
    • BS 5152 – Kugel- und Kugelabsperr- und Rückschlagventile aus Gusseisen
    • BS 5352 – Absperr-, Kugel-, Rückschlag- und Kükenventile aus gegossenem und geschmiedetem Stahl, Schraub- und Muffenschweißenden

    MSS-Standards für Durchgangsventile:

    • MSS SP 80 – Bronze-Absperrventile
    • MSS SP-85 Kugel- und Eckventile aus Gusseisen, Flansch- und Gewindeenden
    • MSS SP 61 – Druckprüfung von Stahlventilen
    • MSS SP 25 – Standard-Markierungssystem für Ventile, Fittings, Flansche und Anschlüsse
    • MSS SP 45 – Bypass- und Drain-Anschlüsse
    • MSS SP 42 – Korrosionsbeständige Schieber-, Durchgangs-, Eck- und Rückschlagventile der Klasse 150 (PN 20) mit Flansch- und Stumpfschweißenden
    • Artikel von  Anup Kumar Dey