Ein Kugelhahn ist ein Drehbewegungsventil. Die Kugel besteht aus einer kugelförmigen Scheibe. Diese kugelförmige Scheibe dreht sich, um den Durchfluss zu stoppen oder zu starten. Die Kugel hat in der Mitte ein Loch oder eine Öffnung, sodass ein Durchfluss stattfindet, wenn die Öffnung mit beiden Enden des Ventils ausgerichtet ist. Die Kugel erfüllt dieselbe Funktion wie die Scheibe im Absperrventil.
Was ist ein Kugelhahn mit schwimmendem Kugelhahn?
Bei einem schwimmenden Kugelhahn ist die Kugel in der fließenden Flüssigkeit aufgehängt und wird durch den Druck zweier Elastomersitze gegen die Kugel in ihrer Position gehalten.
Die Welle ist oben mit der Kugel verbunden und ermöglicht den Wechsel von der offenen in die geschlossene Position mit einer Vierteldrehung (90 Grad).
Wenn die Welle bewegt wird, wirkt eine Last auf die Kugel, die gegen ihren Sitz gedrückt wird.
Diese Konstruktion, die leicht und wirtschaftlich ist, eignet sich für Bohrungen bis zu 10 Zoll: Über diese Bohrungsgröße hinaus wären die Ventilsitze nicht in der Lage, immer schwereren Kugeln standzuhalten, und das Ventil würde nicht sicher und effizient arbeiten.
Schwimmende Kugelhähne ermöglichen eine bidirektionale Absperrung des Durchflusses (wie der Zapfentyp).
Wie funktioniert ein schwimmender Kugelhahn?
Schwimmende Kugelhähne werden durch eine Welle oder einen Schaft betätigt, der an der Oberseite der Kugel befestigt ist und diese um 90 Grad (eine Vierteldrehung) dreht. Während sich die Kugel dreht, wird die Öffnung durch die Wand des Ventilkörpers abgedeckt oder freigegeben, wodurch der Medienfluss entweder freigegeben oder gestoppt wird. Der Schaft ist locker genug an der Kugel befestigt, sodass der Druck des Flusses die Kugel beim Drehen der Kugel um ihre Achse gegen ihren nachgeschalteten Sitz drückt und so eine dichte Abdichtung erzeugt. Aus diesem Grund dichten schwimmende Kugelhähne bei sehr niedrigem Druck möglicherweise nicht mehr so effektiv ab, wenn ein gewisser Sitzverschleiß aufgetreten ist. Dies liegt daran, dass möglicherweise nicht genügend Mediendruck vorhanden ist, um die Kugel gegen den nachgeschalteten Sitz zu drücken und eine dichte Abdichtung zu erzeugen. In den meisten Anwendungen reicht der nachgeschaltete Druck jedoch aus, um eine dichte Abdichtung lange nach Beginn des Sitzverschleißes aufrechtzuerhalten.
Komponenten des Kugelhahns mit schwimmendem Ventil
Zu den Hauptkomponenten eines schwimmenden Kugelhahns gehören:
Ventilkörper – Ein Druckbehälter, der die Komponenten enthält, die zum Steuern oder Absperren des Durchflusses durch ein Rohr erforderlich sind. Er dient zum Verbinden zweier oder mehrerer Rohr- oder Schlauchabschnitte miteinander.
Kugel – Eine Kugel mit einem Strömungspfad (Loch oder Tunnel) durch die Mitte und einem Anschlusspunkt für eine Welle zum Drehen.
Sitzplätze – Runde, donutförmige Scheiben, die eine Abdichtung zwischen Körper und Kugel bilden.
Vorbau – Eine Welle, die die innere Kugel mit der Außenseite des Ventils verbindet, um die Drehung der Kugel zu erleichtern.
Verpackung – Flexible Dichtungen, die sich um die Welle legen und verhindern, dass das durch das Ventil strömende Medium nach außen entweicht.
Motorhaube – Der Teil des Ventilkörpers, der den Schaft und die Dichtung beherbergt.
Bediener oder Aktuator – Ein externes Gerät, das den Ventilschaft dreht. Dies kann ein Hebel, ein Zahnrad, ein motorbetriebenes Zahnrad (elektrischer Antrieb) oder ein pneumatischer/hydraulischer Antrieb sein.
Arten von Kugelhähnen
Basierend auf Balldesign
Die häufigste Bauform ist die „Floating Ball“-Bauform. Dabei schwebt die Kugel im Medium und wird durch zwei Dichtringe an ihrem Platz gehalten. Einige hochwertige Ventile verfügen über eine „Trunnion Ball“-Bauform. Dabei wird die Kugel oben und unten abgestützt, um die Belastung der Ventilsitze zu verringern.
- Schwimmend Kugelhahn – Die meisten Kugelhähne haben eine schwimmende Kugel. Die Kugel wird von den Ventilsitzen gestützt.
- Zapfen Kugelhahn – Armaturen mit großen Durchmessern und hohen Betriebsdrücken (z. B. DN >100mm und 30 bar) haben häufig eine Zapfenkonstruktion. Die Kugel wird unten und oben abgestützt, um die Belastung der Sitzringe zu verringern. Das Betriebsdrehmoment ist bei Zapfenarmaturen im Allgemeinen geringer.
Das Loch durch die Kugel kann verschiedene Profile aufweisen, beispielsweise eine Vollbohrung, eine reduzierte Bohrung oder V-Form.
- Kugelhahn mit reduzierter Bohrung – Die meisten Kugelhähne haben einen reduzierten Durchgang. Dadurch verursacht der Kugelhahn Reibungsverluste im System. Diese Verluste sind im Vergleich zu anderen Ventiltypen jedoch relativ gering. Einteilige Kugelhähne haben fast immer einen reduzierten Durchgang.
- Vollbohrung Kugelhahn – Ventile mit vollem Durchgang haben den gleichen Bohrungsdurchmesser wie die Rohrleitung. Der Vorteil besteht darin, dass keine zusätzlichen Reibungsverluste entstehen und das System mechanisch leichter zu reinigen ist (Molchen). Der Nachteil besteht darin, dass die Kugel und das Gehäuse größer sind als bei einem Standardkugelhahn mit reduzierter Bohrung. Die Kosten sind daher etwas höher und für viele Anwendungen ist dies nicht erforderlich.
- V-förmig Kugelhahn – Die Bohrung in der Kugel bzw. im Ventilsitz hat ein V-förmiges Profil. Dadurch kann die gewünschte Durchflussmenge durch Drehen der Kugel präziser gesteuert werden. Durch Optimierung des Profils kann eine lineare Durchflusskennlinie angenähert werden.
Unterschiede zwischen schwimmendem Kugelhahn und Kugelhahn mit Zapfen
Was sind die Unterschiede zwischen einem schwimmenden Kugelhahn und einem Zapfenkugelhahn? Es gibt 5 wichtige Punkte.
1. Aussehen von schwimmendem Kugelhahn vs. Zapfen
Die schwimmendes Kugelventil und das Zapfenkugelhahn sind optisch gut zu unterscheiden. Besitzt der Ventilkörper unten eine feste Welle, muss es sich um einen Zapfenkugelhahn handeln.
Wenn der Kugelhahnkörper über eine Vorrichtung zum Einspritzen von Fett verfügt, handelt es sich grundsätzlich um einen Zapfenkugelhahn. Wenn jedoch keine Einspritzvorrichtung vorhanden ist, kann man dann sagen, dass es sich um einen schwimmenden Kugelhahn handeln muss? Das ist falsch, da kleine Kugelhähne wie 2 „150LB Zapfenkugelhähne normalerweise auch nicht mit einer Einspritzvorrichtung ausgestattet sind.
2. Dichtfläche von Zapfen- vs. schwimmendem Kugelhahn
Da die Kugel des schwimmenden Kugelhahns schwimmt, bewegt sie sich unter dem Druck des Mediums und drückt gegen den nachgeschalteten Sitz. Daher gehört die Dichtung des schwimmenden Kugelhahns zu den einseitigen Dichtungen. Die Kugel des Zapfenkugelhahns kann nicht bewegt werden, daher müssen beide Seiten des Zapfenkugelhahns abgedichtet sein.
Da das Dichtprinzip unterschiedlich ist, stellen die beiden Kugelhähne unterschiedliche Anforderungen an das Dichtflächenmaterial, insbesondere muss die Dichtfläche des schwimmenden Kugelhahns dem durch die schwimmende Kugel verursachten Druck standhalten können.
3. Funktionsprinzip von schwimmenden vs. Zapfenkugelhähnen
Das schwimmende Kugelventil hat nur einen oberen Schaft und die Kugel kann sich leicht verschieben, daher heißt es schwimmendes Kugelventil. Die Kugel des Zapfenkugelventils hat unten einen weiteren Schaft, um die Position der Kugel zu fixieren, sodass sich die Kugel nicht bewegen kann.
Die Abdichtung des schwimmenden Kugelhahns wird durch den Druck des Mediums erreicht. Wenn der Kugelhahn geschlossen ist, wird die schwimmende Kugel unter der Einwirkung des Drucks gegen die Dichtfläche gedrückt, um die Abdichtung zu erreichen. Wenn der Zapfenkugelhahn geschlossen ist, bewirkt die Kugel keine Verschiebung, aber die schwimmenden Sitze bewegen sich und drücken unter der Einwirkung des Mediendrucks gegen die Kugel, um die Abdichtung zu erreichen.
4. Anwendung von Zapfenkugelhahn vs. schwimmend
Der schwimmende Kugelhahn ist für mittleren und niedrigen Druck geeignet und hat normalerweise einen kleinen Durchmesser. Der Zapfenkugelhahn kann unter Hochdruckbedingungen verwendet werden und die Größe kann bis zu 60 Zoll betragen.
Das Zapfenkugelventil ist eine Art Doppelblock- und Entlüftungsventil (DBB), während das schwimmende Kugelventil nur die stromabwärts gelegene Seite abdichtet. Das Zapfenkugelventil kann sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts gelegene Medien blockieren. Und wenn der Druck im mittleren Hohlraum größer ist als die Sitzfederkraft, wird der Sitz aufgeschoben, um den Druck in der Kammer abzulassen und so die Sicherheit zu gewährleisten.
5. Eigenschaften von Kugelhahnzapfen vs. schwimmend
Im Vergleich zu schwimmenden Kugelhähnen werden Zapfenkugelhähne üblicherweise länger verwendet, sind kleiner und einfacher zu bedienen.
Der Zapfenkugelhahn verfügt außerdem über eine automatische Druckablassfunktion. Wenn die Temperatur des Mediums im Ventil steigt und einen anormalen Druckanstieg verursacht, kann der Zapfenkugelhahn den Druck automatisch ohne Überdruckventil ablassen. Dies ist für die Gewährleistung der Sicherheit der industriellen Produktion von großer Bedeutung.
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