Kugelhähne
Einführung
Dieser Artikel enthält alle Informationen, die Sie über Kugelhähne wissen müssen.
Lesen Sie weiter und erfahren Sie mehr über:
Was ist ein Kugelhahn und wie funktioniert er?
Teile eines Kugelhahns
Arten von Kugelhähnen
Konstruktionsmaterialien von Kugelhähnen
Vorteile und Grenzen von Kugelhähnen
Und vieles mehr…
Kapitel 1: Was ist ein Kugelhahn und wie funktioniert er?
Ein Kugelhahn ist ein Absperrventil, das den Fluss von Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen in einem Rohrleitungssystem ermöglicht, blockiert und steuert, indem es die Kugel mit einer Bohrung im Inneren des Ventils dreht. Die Kugel ist an zwei Sitzen montiert und verfügt über eine Welle, die sie mit dem Betriebs- und Kontrollmechanismus verbindet, der die Kugel dreht. Wenn der Bohrungsquerschnitt senkrecht zur Strömungsfläche verläuft, kann die Flüssigkeit nicht durch das Ventil strömen. Die Flüssigkeit fließt durch das Ventil, und die Flüssigkeitsdurchflussrate hängt von der Fläche der Bohrung ab, die dem Boden ausgesetzt ist.
Kugelhähne sind neben Kükenhähnen und Absperrklappen eine Art Vierteldrehventil. Sie können manuell oder über einen Aktor betätigt werden. Die einfachste Bedienung eines Kugelhahns erfolgt durch die Verwendung eines Schraubenschlüssels oder eines Hebels, der von einem Bediener manuell gedreht wird. Durch das Aufbringen eines Drehmoments wird der Hebelarm um 90° entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen. Steht der Hebelarm parallel zum Rohr, zeigt dies an, dass das Ventil geöffnet ist. Steht der Hebelarm senkrecht zum Rohr, ist das Ventil geschlossen.
Kugelhähne gibt es in vielen Designs und Funktionen, um den unterschiedlichen industriellen Anforderungen gerecht zu werden. Die Normen und Spezifikationen für Kugelhähne variieren je nach Branche, in der sie eingesetzt werden.
Kapitel 2: Teile eines Kugelhahns
Zu den Grundbestandteilen eines Kugelhahns gehören:
Ventilgehäuse
Alle internen Komponenten eines Kugelhahns sind im Ventilgehäuse oder -körper enthalten. Es besteht aus einem harten und steifen Metall, Thermoplast oder thermoplastisch ausgekleidetem Metall, das die Komponenten des Kugelhahns schützt. Es ermöglicht auch den Zugriff auf den externen Steuermechanismus, der den Ball dreht.
Teile eines Kugelhahns
Ball
Der Ball ist eine Kugel, die in ihrer Mitte ein Loch hat. Das Loch in seiner Mitte wird Bohrung genannt. Die Bohrung dient als Strömungsöffnung des Fluids, wenn der Querschnitt des Fluidströmungswegs und der Bohrung koplanar sind. Andernfalls wird der Durchfluss gedrosselt. Ein Kugelhahn kann eine Vollkugel oder eine Hohlkugel haben. Eine feste Kugel hat in ihrer gesamten Struktur einen konstanten Öffnungsdurchmesser, der dazu beiträgt, dass die Flüssigkeit reibungslos und mit konstanter Geschwindigkeit fließt. Eine Hohlkugel hingegen hat eine hohle Innenstruktur und der Raum im Inneren lässt mehr Flüssigkeit durch das Ventil strömen. Der größere Raum erzeugt jedoch Turbulenzen und hohe Geschwindigkeiten. Eine Hohlkugel ist leichter und günstiger als eine Vollkugel.
Welle
Die Welle verbindet die Kugel mit dem Steuermechanismus, der die Kugel dreht. Die Welle verfügt über Dichtungen wie O-Ringe und Packungsringe, um die Welle und das Oberteil abzudichten und ein Austreten der Flüssigkeit zu verhindern. Die Welle kann manuell durch einen Hebel oder ein Handrad oder durch eine elektrische, pneumatische oder hydraulische Betätigung betätigt werden.
Motorhaube
Die Haube ist eine Erweiterung des Ventilgehäuses, die die Welle und ihre Packung enthält und schützt. Es kann an die Karosserie angeschweißt oder angeschraubt werden. Es besteht ebenfalls aus Hartmetall und deckt die Öffnung ab, die durch die Verbindung der Welle mit dem externen Steuermechanismus entsteht.
Sitz
Die Ventilsitze sorgen für die Abdichtung zwischen der Kugel und ihrem Körper. Der stromaufwärtige Sitz liegt neben der Einlassseite des Ventils. Der stromabwärtige Sitz befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des stromaufwärtigen Sitzes, der an die Auslassseite des Ventils angrenzt.
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Kapitel 3: Arten von Kugelhähnen
Kugelhähne können nach Gehäusebaugruppe, Kugeldesign und Bohrungsprofil klassifiziert werden.
Gehäusemontage
Gehäusemontage
Einteiliger Kugelhahn
Ein einteiliger Kugelhahn verfügt über einen einteiligen Gusskörper, der die internen Komponenten des Kugelhahns beherbergt. Dadurch wird die Gefahr eines Flüssigkeitsaustritts aus dem Ventil ausgeschlossen. Einteilige Kugelhähne sind die günstigsten Kugelhähne und haben immer einen reduzierten Durchgang. Ein geschweißter, einteiliger Kugelhahn ist häufiger anzutreffen, kann aber bei Beschädigung nicht zur Reinigung zerlegt und repariert werden; Daher wird es nur für Anwendungen verwendet, bei denen die Wahrscheinlichkeit einer Partikelansammlung gering ist und bei denen die Hygiene keine große Rolle spielt. Verschraubte einteilige Kugelhähne hingegen können zwar gereinigt, gewartet und repariert werden, für die Demontage sind jedoch Spezialwerkzeuge erforderlich.
Kugelhähne mit geteiltem Gehäuse
Kugelhähne mit geteiltem Gehäuse sind Ventile, die an den Seiten ihrer Kugeln montiert werden. Ein Kugelhahn mit geteiltem Gehäuse kann ein zweiteiliger oder ein dreiteiliger Kugelhahn sein:
Zweiteiliger Kugelhahn
Ein zweiteiliger Kugelhahn besteht aus einem Gehäuse, das in zwei Teile geteilt ist, die zusammengefügt werden. Das Hauptteil enthält die Kugel und eine Verbindung zu einem Ende, und das andere Teil hält die inneren Komponenten zusammen und verfügt über eine Verbindung zum anderen Ende. Unter den Kugelhähnen ist das zweiteilige Gehäuse die am weitesten verbreitete Bauart. Die beiden Teile können zur Reinigung, Wartung und Inspektion zerlegt werden, dazu muss jedoch das Ventil aus dem Rohr entfernt werden.
Dreiteiliger Kugelhahn
Ein dreiteiliger Kugelhahn besteht aus dem Gehäuse für die inneren Komponenten des Ventils, die durch Schraubverbindungen an seinen beiden Enden zusammengefügt und zusammengehalten werden. Die Enden sind mit dem Hauptrohr verschraubt oder verschweißt.
Dreiteilige Kugelhähne werden für Anwendungen verwendet, die stark auf Ventile angewiesen sind und deren Wartung häufig durchgeführt werden muss. Sie können leicht gereinigt und gewartet werden und ihre Sitze und Dichtungen können routinemäßig ausgetauscht werden, indem einfach das Ventilgehäuse herausgenommen wird, ohne die beiden Enden zu beschädigen. Dreiteilige Kugelhähne werden häufig in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharmaindustrie eingesetzt, wo Hygiene für Sicherheit und Produktqualität von entscheidender Bedeutung ist.
Kugelhahn mit Zugang von oben
Ein Kugelhahn mit Zugang von oben ermöglicht den Zugriff auf das Innere des Ventils durch einfaches Entfernen der Haube oben auf dem Ventil. Dadurch sind Inline-Wartungsaktivitäten (z. B. Demontage, Reinigung, Inspektion und Reparatur des Ventils) möglich, ohne dass der Kugelhahn aus der Hauptleitung entfernt werden muss.
Balldesign
Schwimmende Kugelhähne
Die schwimmende Kugel ist die häufigste Kugelkonstruktion bei Kugelhähnen. Die Kugel ist im Inneren des Ventils aufgehängt und kann sich in der geschlossenen Position des Ventils frei in seitlicher Richtung bewegen. Es liegt zwischen zwei Sitzen, die das Ventil stützen und an Ort und Stelle halten. Die Kugel ist an einem Ende in einem Schlitz mit der Welle verbunden, während das andere Ende frei ist. Wenn das Ventil geöffnet ist, verhindert die Wellenverbindung mit dem Schlitz oben an der Kugel, dass sich die Kugel seitlich bewegt.
Die Dichtwirkung ist nur vom Flüssigkeitsdruck abhängig. Beim Betrieb eines schwimmenden Kugelventils drückt der Einlassdruck der Flüssigkeit die Kugel zum Auslasssitz, wodurch verhindert wird, dass die Flüssigkeit aus dem Ventilkörper austritt. Der Flüssigkeitsdruck auf die Kugel und die Sitze ist höher, wenn sich der Kugelhahn in der geschlossenen Position befindet.
Schwimmende Kugelhähne haben den einfachsten Aufbau. Sie sind in kleineren Durchmessern erhältlich und eignen sich für Flüssigkeiten und Gase, die unter niedrigen bis mittleren Drücken betrieben werden. Der Einsatz schwimmender Kugelhähne ist durch den Druck begrenzt, den die Sitze aushalten können. Bei hohem Flüssigkeitsdruck können sich die Sitze durch den von der Kugel ausgeübten Druck verformen, was die Dichteigenschaften des Ventils bei niedrigem Druck beeinträchtigen kann. Darüber hinaus hängt das Drehmoment zum Drehen des Schafts von der Kraft ab, die erforderlich ist, um der gleichen Flüssigkeitskraft entgegenzuwirken, die auf die Kugel und die Dichtungen wirkt.
Zapfenkugelhähne
Bei einem Zapfenkugelhahn wird die Kugel von einer zusätzlichen Welle an ihrer Unterseite getragen, die als Zapfen bezeichnet wird. Dies hält den Ball an seinem Platz und begrenzt die Bewegung des Balls um seine Achse. Die Kugel kann sich nur bewegen, wenn sich die Ventilwelle dreht. Trunnion-Kugelhähne verfügen außerdem über federbelastete Sitze. Der Einlassflüssigkeitsdruck aktiviert die Federn in Richtung der vom Zapfen gehaltenen Kugel, wodurch eine dichte Abdichtung entsteht.
Zapfenkugelhähne sind in kleinen bis großen Durchmessern erhältlich, sie sind jedoch teurer als schwimmende Kugelhähne. Sie können in einem breiten Druckbereich effizient arbeiten und sind ideal für Hochdruckanwendungen, da der Flüssigkeitsdruck auch auf den Drehzapfen und die Federn der Sitze abgeleitet wird. Daher sind sie einfacher mit einem geringeren Betätigungsdrehmoment oder einem kleinen Aktuator zu bedienen.
Entlüfteter Kugelhahn
Ein entlüfteter Kugelhahn ist auf die gleiche Weise aufgebaut und funktioniert wie ein Standard-Kugelhahn, mit der Ausnahme, dass in die Seite der entlüfteten Kugel kleine Öffnungen gebohrt sind. Bei geschlossenem Ventil ist die Öffnung auf die Auslassseite des Ventils gerichtet. Das gebohrte Loch dient zur Entlüftung eingeschlossener Gase, die zu einem Aufbau von Innendruck im Inneren des Ventils führen, um Undichtigkeiten, Ventilversagen und Explosionen zu verhindern.
Entlüftete Kugelhähne werden in Druckluftsystemen, der kryogenen Verarbeitung und dem Transport flüchtiger Flüssigkeiten eingesetzt und werden aufgrund ihrer Nützlichkeit bei der kryogenen Verarbeitung auch als „kryogenes Ventil“ bezeichnet.
Bohrungsprofil
Kugelhahn mit vollem Durchgang
Eine Vollbohrung hat einen Bohrungsdurchmesser ähnlich dem Rohrdurchmesser. Der Strömungsquerschnitt für die Flüssigkeit bleibt bei Ventilen mit vollem Durchgang konstant, daher ist der Strömungswiderstand, den dieser Typ bietet, sehr gering. Während des Flüssigkeitsflusses tritt ein minimaler Reibungsverlust auf; daher ist der Druckabfall gering. Ein hoher Druckabfall in einem Rohrleitungssystem erschwert das Pumpen. Da der Bohrungsdurchmesser jedoch der Rohrgröße entsprechen sollte, sind eine größere Kugelgröße und ein größeres Gehäuse erforderlich, was es teurer macht als eine reduzierte Bohrung.
Kugelhähne mit vollem Durchgang sind einfacher zu warten und zu reinigen. In Pipelines werden die Rohre durch einen Vorgang namens Molchen gewartet und inspiziert. Ein kugelförmiges oder zylindrisches Gerät, sogenannte Molche, lässt man in den Rohren fließen, um Ablagerungen zu erkennen und zu entfernen, ohne die Flüssigkeit in der Rohrleitung zu beeinträchtigen. Dieser Vorgang ist mit einem eingebauten Kugelhahn mit vollem Durchgang möglich.
Kugelhähne mit vollem Durchgang werden auch beim Fördern von Flüssigkeiten mit gemischten Feststoffen eingesetzt, wo Durchflussbeschränkungen zur Ansammlung von Partikeln führen, die schließlich zur Trennung der durchströmenden Gemische führen können.
Kugelhahn mit reduziertem Durchgang
Eine reduzierte Bohrung hat einen Bohrungsdurchmesser, der um eine Rohrgröße kleiner ist als der (Verbindungs-)Rohrdurchmesser. Die tatsächliche Reduzierung ergibt sich aus der Vereinbarung zwischen Hersteller und Kunde. Der Strömungsquerschnitt für das Fluid wird am stromabwärtigen Auslass enger, daher entstehen Reibungsverluste, die zu einem Druckabfall führen. Da die Abflussmenge konstant bleibt, nimmt die Geschwindigkeit mit der Verringerung der Strömungsfläche zu.
Kugelhähne mit reduziertem Durchgang sind häufiger anzutreffen als Kugelhähne mit vollem Durchgang. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Produktdurchfluss und Turbulenzen keine potenziellen Probleme darstellen und eine Partikelbildung unwahrscheinlich ist. Die reduzierte Bohrung ist kostengünstiger als die volle Bohrung, da sie eine kleinere Kugelgröße und ein kleineres Gehäuse erfordert. Im Vergleich zu anderen Ventiltypen weisen Kugelhähne mit reduziertem Durchgang einen relativ geringeren Druckabfall auf.
Segmentierter Kugelhahn
Ein Kugelsegmenthahn hat eine V-förmige Kerbe an der Kugel. Ein segmentierter Kugelhahn verfügt über eine gute Durchflussregelung, die von der Kugeldrehung abhängt. Darüber hinaus verfügt es auch über eine gute Abschaltfähigkeit. Die Durchflusscharakteristik eines Segmentkugelhahns nähert sich einer gleichprozentigen Durchflusscharakteristik an. Die Durchflussrate in einem Kugelsegmentventil steigt exponentiell an, wenn die Kugel ihre vollständig geöffnete Position erreicht.
Andere Arten von Kugelhähnen
Hohlraumgefüllter Kugelhahn
Ein Kugelhahn mit Hohlraumfüllung verfügt über eine Sitzkonstruktion, die den Spalt zwischen der Kugel und ihrem Gehäuse füllt. Dadurch wird die Möglichkeit ausgeschlossen, dass sich im Laufe der Zeit Medien oder Partikel um die Kugel herum ansammeln, was zu einer Verunreinigung oder Blockierung des Flüssigkeitsflusses führen kann. Hohlraumgefüllte Kugelhähne sind einfacher zu reinigen und zu warten.
Hohlraumgefüllte Kugelhähne sind in Branchen wertvoll, in denen Hygiene von entscheidender Bedeutung ist, beispielsweise in der Lebensmittel-, Pharma- und Bioverarbeitungsindustrie. Sie eignen sich ideal für die Handhabung von Fest-Flüssigkeits-Mischungen wie z. B. Schlämmen.
Kugelhahn mit mehreren Anschlüssen
Kugelhähne mit mehreren Anschlüssen werden zum Umleiten, Kombinieren, Teilen oder Absperren mehrerer Flüssigkeitsströme verwendet, indem eine Kugel mit einer L-förmigen oder T-förmigen Bohrung in der Mitte verwendet wird. Ein Fluss vor dem Einlass eines Mehrwegeventils kann in mehrere Auslassströme aufgeteilt werden. Es kann einen Fluss aufteilen, ihn jedoch nicht in vorgegebenen Flussraten auf seine Auslassströme verteilen. Es kann auch mehrere Strömungsströme zu einem einzigen Strom zusammenführen oder einfach die Richtung des Flüssigkeitsstroms ändern. Das folgende schematische Diagramm zeigt mögliche Strömungskonfigurationen eines L-förmigen und eines T-förmigen Mehrwege-Kugelhahns.
Kapitel 4: Konstruktionsmaterialien von Kugelhähnen
Die Kugel und das Gehäuse des Kugelhahns bestehen üblicherweise aus den folgenden Materialien:
Messing
Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, die sich je nach Zinkgehalt durch ihre mattgelbe bis rötliche Farbe auszeichnet. Es ist das am häufigsten verwendete Material für Kugelhähne. Messing ist ein zähes, starkes und langlebiges Metall, das hohen Temperaturen und Drücken standhält. Die Kupfer-in-Messing-Legierung hat antimikrobielle Eigenschaften, die das Wachstum und die Vermehrung von Mikroben auf ihrer Oberfläche hemmen. Messing weist eine gute Chemikalien-, Korrosions- und Biofouling-Beständigkeit auf. Es ist gegenüber den meisten Säuren, Laugen und Basen inert, mit Ausnahme von Lösungen mit hohem Chlorgehalt. Chlor kann eine Entzinkung verursachen, eine Reaktion, bei der Chloridionen Zink aus der Legierung entfernen und so eine poröse Struktur verursachen. Eine Entzinkung kann die Festigkeit des Materials drastisch verringern.
Kugelhähne aus Messing sind aufgrund ihrer Formbarkeit nicht schwer herzustellen und lassen sich außerdem leicht gießen und schweißen. Sie sind leichter und günstiger als Kugelhähne aus Stahl. Zudem lassen sie sich einfach in das Rohrleitungssystem einbauen. Häufige Anwendungen von Messingkugelhähnen sind die Lebensmittel-, Chemie-, Öl- und Gasverarbeitung sowie die Förderung gasförmiger Flüssigkeiten. Es ist auch sicher für die Lieferung von Trinkwasser geeignet.
Edelstahl
Edelstahl ist eine Stahlsorte, die einen höheren Chromgehalt und einige Mengen Nickel enthält. Der Chromgehalt von Edelstahl verleiht ihm eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Edelstahl ist für seine hervorragende Festigkeit, Zähigkeit und Haltbarkeit bekannt. Es behält seine Festigkeit auch bei hohen Temperaturen und Drücken.
Kugelhähne aus Edelstahl werden üblicherweise in den Edelstahlsorten 304 und 316 hergestellt. Der Edelstahl 304 enthält 18% Chrom und 8% Nickel, während Edelstahl 316 18% Chrom und 10% Nickel sowie Spuren von Molybdän enthält. Die Kombination aus Nickel und Molybdän macht den Edelstahl 316 beständig gegen Chloride.
Es gibt Anwendungen, bei denen der Einsatz eines Kugelhahns aus Edelstahl eine ausgezeichnete Wahl ist. Sie werden in Schwimmbädern zur Behandlung von chloriertem Wasser eingesetzt. In rauen Industrieumgebungen wie Entsalzungs- und Erdölraffinierungsanlagen bieten sie eine bessere Beständigkeit gegenüber korrosiven Chemikalien unter hohen Temperaturen und Drücken. In Brauereien werden Rohre und Ventile aus Edelstahl für die Würze verwendet, eine reaktive Flüssigkeit, die beim Maischen gewonnen wird.
Polyvinylchlorid (PVC)
PVC ist ein robustes, steifes und langlebiges Kunststoffmaterial. Im Vergleich zu Messing- und Edelstahllegierungen weisen sie im Allgemeinen eine geringere Festigkeit auf, sind aber kostengünstiger. Sie sind beständig gegen Korrosion und die meisten Säuren, Basen und Salzlösungen. Sie sind jedoch nicht beständig gegen aromatische Verbindungen und Kohlenwasserstoffe. PVC-Kugelhähne haben einen niedrigeren Temperatur- und Druckbereich von bis zu 150 psi bzw. 140 °F. Die Anwendung von PVC-Kugelhähnen umfasst Sanitär-, Bewässerungs- und Wasserverteilungssysteme.
Chloriertes PVC (CPVC) ist eine PVC-Art, die durch eine durch UV-Licht ausgelöste Reaktion freier Radikale chloriert wurde. Die Chlorierung von PVC führt zu einer höheren Temperaturbeständigkeit. CPVC-Kugelhähne können höhere Temperaturen von bis zu 200 °F bewältigen.
Kugelhahn aus Polypropylen (PP)
PP ist ein robuster, langlebiger, leichter und flexibler Thermoplast aus Propylenmonomer. Es bietet eine gute Beständigkeit gegenüber den meisten Säuren und Basen, weist jedoch eine selektive Verträglichkeit mit organischen Substanzen und Lösungsmitteln auf. Seine chemische Beständigkeit nimmt mit steigenden Temperaturen ab. Die maximale Betriebstemperatur von PP beträgt 82°C. PP-Kugelhähne eignen sich zur Durchflussregelung von Flüssigkeiten unterschiedlichster Viskosität. Sie werden als Materialien für Kugelhähne bei der Herstellung von Zucker, Düngemitteln, Chemikalien, Papier und anderen verwendet.
Kugelhahn aus glasfaserverstärktem Polypropylen (GFPP)
Bei GFPPs werden Glasfasern mit Polypropylen verstärkt, um dessen Dimensionsstabilität, Steifigkeit und chemische Beständigkeit zu erhöhen und den Wärmeausdehnungskoeffizienten des PP zu verringern. Seine Wärmeformbeständigkeit wird bei einem 40% GFPP bei 264 psi auf bis zu 150 °C erhöht. Die Verstärkung von Glasfasern in PP erhöht die Kosteneffizienz und ermöglicht den Einsatz in raueren und anspruchsvolleren Anwendungen.
Polyvinylidendifluorid-Kugelhahn (PVDF)
PVDF ist ein hochreines, langlebiges thermoplastisches Fluorpolymer mit hohem Molekulargewicht. Es wird aus gasförmigem Vinylidenfluorid-Monomer durch einen radikalischen Polymerisationsprozess synthetisiert. Es ist außerdem abriebfest. Dieses Material weist eine hervorragende chemische Beständigkeit auf und eignet sich daher für den Umgang mit reaktiven Flüssigkeiten und gasförmigen Substanzen wie Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Kohlenwasserstoffen, Kraftstoffen und Lösungsmitteln, die aromatischer, aliphatischer und halogenierter Natur sind. Aufgrund seiner guten Biofouling-Eigenschaften und seiner Resistenz gegen das Wachstum mikrobieller Filme wird es als Material für Kugelhähne in Branchen wie der Wasseraufbereitung, der Abwasseraufbereitung sowie in der Lebensmittel- und Pharmaverarbeitung verwendet. Es bleibt auch durch Sonneneinstrahlung und UV-Strahlung unbeeinträchtigt. Die maximale Betriebstemperatur von PVDF liegt bei etwa 115 °C.
Polyethylen (PE)
PE ist ein haltbarer, flexibler, leichter und der am häufigsten vorkommende Thermoplast. PE ist mit den meisten Verbindungen kompatibel, einschließlich starker Säuren und Basen, sowie mit einigen organischen Verbindungen, einschließlich Ölen und Alkoholen. Seine zunehmende Kristallinität und Dichte machen es chemikalienbeständiger. PE-Kugelhähne werden beim Umgang mit Flüssigkeiten in vielen Herstellungsprozessen sowie bei der Wasseraufbereitung und Abwasseraufbereitung eingesetzt. Die maximale Betriebstemperatur von PVDF liegt bei etwa 60 °C.
Kugelhahn aus Polyethylen
Der Sitz besteht aus einem weicheren Material, beispielsweise einem Elastomermaterial oder Kunststoff, um eine bessere Abdichtung mit der Kugel zu gewährleisten. Ein qualifiziertes Sitzmaterial muss außerdem folgende Eigenschaften aufweisen:
Ein niedriger Reibungskoeffizient
Hohe Druckfestigkeit
Kriechfestigkeit
Hohe Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit
Kompatibilität mit den fließenden Medien
Beispiele für Sitzmaterialien für Kugelhähne sind:
Polytetrafluorethylen (PTFE), auch bekannt als Teflon TM
TFM
Polyamid (Nylon)
Polyetheretherketon (PEEK)
UHMW-Polyethylen
Acetal
Ein Kugelhahn mit Metallsitz ist in der Lage, höheren Temperaturen und hydraulischen Drücken standzuhalten. Sie können abrasivere und korrosivere Flüssigkeiten besser verarbeiten.
Kapitel 5: Vorteile und Grenzen von Kugelhähnen
Die Verwendung eines Kugelhahns bietet folgende Vorteile:
Kugelhähne verursachen im Vergleich zu anderen Ventiltypen einen geringen Druckabfall, da der Durchfluss nur minimalen Einschränkungen unterliegt. In Flüssigkeiten kann ein hoher Druckabfall an einem Ventil zu Turbulenzen und Kavitation führen. Kavitation tritt auf, wenn der Flüssigkeitsdruck unter den kritischen Druck fällt und sich die Dampfphase der Flüssigkeit bildet. Wenn sich der Druck erholt, kollabieren die Blasen, wodurch das Ventil beschädigt wird.
Da zum vollständigen Absperren oder Öffnen nur eine Vierteldrehung erforderlich ist, drosseln oder ermöglichen die Kugelhähne den Durchfluss sofort. Dieser Vorteil ist wichtig für die Kontrolle des Flüssigkeitsstandes eines Tanks oder Reservoirs.
Zum Drehen des Kugelhahns ist ein geringes Drehmoment oder ein kleiner Antrieb erforderlich.
Aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit der Sitze ist eine Schmierung nicht erforderlich.
Kugelhähne bieten ein geringeres Leckagerisiko, da die Kugel dicht an den Sitzen anliegt. Die Abdichtung erfolgt durch Flüssigkeitsdruck.
Es stehen verschiedene Kugelhahnausführungen zur Verfügung, um einer bestimmten Anwendung gerecht zu werden. Einige Kugelhahnkonstruktionen verfügen über Druckentlastung, variable Durchflussregelung, Durchflussaufteilung und -mischung usw.
Kugelhähne sind relativ günstiger.
Es gibt mehrere Einschränkungen, die der Benutzer beachten muss, um die Funktionalität des Kugelhahns zu erhalten:
Bei Kugelhähnen ist eine Drosselung möglich, diese sollte jedoch über einen längeren Zeitraum anhalten. Wenn sich der Kugelhahn in der Drosselstellung befindet, sind die Sitze dem Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrom und einer größeren Druckkraft ausgesetzt, was zu Erosion führt. Daher ist es für Drosselungsanwendungen nicht zu empfehlen. Zur Drosselung von Niederdruckgasen können Standard-Kugelhähne verwendet werden. Kugelsegmenthähne können in begrenzten Drosselanwendungen eingesetzt werden. Im Handel sind jedoch fortschrittliche Kugelhähne mit modifiziertem Design oder Sitzen aus technischen Materialien erhältlich, die für Drosselanwendungen geeignet sind.
Die Anwendung ist durch die maximal zulässige Betriebstemperatur der Sitze begrenzt. Bei höheren Temperaturen sind Metall- oder Keramiksitze eine Alternative.
Schwebstoffe können sich zwischen Gehäuse und Kugel ansammeln und zu Undichtigkeiten, Erosion und Ventilversagen führen. Daher wird empfohlen, die Kugelhähne für den Umgang mit Schlämmen und Suspensionen regelmäßig zu warten.
Abschluss
Kugelhähne sind Absperrventile, die dazu dienen, den Fluss von Flüssigkeiten zu ermöglichen oder zu blockieren, indem sie die Kugel mit einer Bohrung im Inneren um 900 drehen. Sie können manuell oder durch einen Aktuator betätigt werden.
Kugelhähne bestehen aus Kugel, Schaft und Sitz, die im Ventilgehäuse enthalten sind. Die Kugel wird zwischen zwei Sitzen platziert und verfügt über einen Schaft, der sie mit dem Betätigungsmechanismus verbindet.
Die Arten von Kugelhähnen werden nach Gehäusebaugruppe, Kugeldesign und Bohrungsprofil klassifiziert. Kugelhähne gibt es in vielen Designs und Funktionen, um den Anforderungen einer bestimmten Branche gerecht zu werden.
Da das Gehäuse in viele Teile geteilt ist, wird die Reinigung und Wartung der Kugelhähne einfacher, aber auch teurer in der Anschaffung.
Abhängig vom Arbeitsdruck, bei dem die Kugel installiert werden soll, stehen verschiedene Arten von Kugelkonstruktionen zur Auswahl.
Ein kleinerer Bohrungsdurchmesser führt zu einem größeren Druckabfall am Ventil, was das Pumpen schwieriger und teurer macht. Die Kugel kann über eine Multiport-Bohrung verfügen, die zur Aufteilung und Kombination von Durchflussraten und zur Umleitung von Durchflussrichtungen verwendet werden kann.
Das Material für Kugelhähne muss hart, zäh und steif sein. Die Sitze müssen einen niedrigen Reibungskoeffizienten, eine hohe Druckfestigkeit und eine Verträglichkeit mit dem Arbeitsmedium aufweisen. Der Einsatz von Kugelhähnen ist jedoch durch die Betriebstemperatur der Sitze begrenzt.
Kugelhähne sind einfach zu bedienen und zu aktivieren und bieten ein minimales Leckagerisiko.
Bei Kugelhähnen ist von einer Drosselung abzuraten.
Es muss eine ordnungsgemäße Wartung durchgeführt werden, um die Ansammlung von Partikeln zwischen der Kugel und dem Körper zu vermeiden.
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