Die Wahl zwischen Absperrklappe und Durchgangsventil hängt in der Regel von der jeweiligen Anwendung ab: Absperrklappen zeichnen sich durch eine kompakte Bauweise und einen geringeren Druckverlust im vollständig geöffneten Zustand aus, während Durchgangsventile sich für eine präzise Drosselung eignen. Entscheiden Sie sich für eine Absperrklappe, wenn es um die Absperrung bei hohen Durchflussmengen geht, und greifen Sie zunächst auf ein Durchgangsventil zurück, wenn Sie eine stabile Regelung benötigen.
| Auswahlkriterium | Absperrklappe | Durchgangsventil |
|---|---|---|
| Betriebsbewegung | Drehscheibe; in der Regel 90° von geschlossen bis vollständig geöffnet | Lineare Bewegung des Kolbens oder der Scheibe; bei manuellen Ausführungen kommt in der Regel ein Mehrgang-Handrad zum Einsatz |
| Fließweg | Relativ direkt, wobei die Scheibe in der Strömung verbleibt | Die Strömung strömt durch eine Sitzöffnung; die Form des Körpers beeinflusst den Widerstand |
| Durchflussregelung | Geeignete Schaltungen bewältigen die Modulation; überprüfen Sie den nutzbaren Regelbereich | Regelkonzepte bieten Trimmoptionen für eine präzise Regelung |
| Druckverlust bei vollständig geöffnetem Ventil | Bei vergleichbaren Nennweiten und Durchflussmengen in der Regel niedriger | In der Regel höher; den genauen Durchflusskoeffizienten überprüfen |
| Platzbedarf und Gewicht | Oft kürzer und leichter, insbesondere bei Ausführungen mit Wafer oder Ösen | Oft länger und schwerer, wobei Platz für Motorhaube und Stellantrieb benötigt wird |
| Anschaffungskosten | Bei größeren Durchmessern oft kostengünstig | Bei größeren Durchmessern oft höher; Ausstattung und Antrieb beeinflussen den Preis |
| Absperrleistung | Hängt von der Konstruktion, der Klassifizierung, der Ausrichtung und den Prüfbedingungen des Sitzes ab | Hängt von der Konstruktion, der Klassifizierung, der Ausrichtung und den Prüfbedingungen des Sitzes ab |
| Typische Einstiegsanwendungen | Wasserleitungen, Absperrung des Kühlwassers und geeignete HLK-Steuerung | Dampfregelung, Prozessablaufsteuerung und Druckminderung |
Die Kugelhähne eignen sich zum Drosseln, und Absperrklappen weisen im geöffneten Zustand einen geringen Widerstand auf; Absperrklappen können zudem Regelaufgaben übernehmen.
Vergleich zwischen Absperrklappe und Absperrventil
So funktionieren Absperrklappen und Kugelhähne
Eine Absperrklappe regelt den Durchfluss durch Drehen einer Scheibe. Bei einem Absperrventil wird ein Kegel oder eine Scheibe in Richtung eines Sitzes bewegt, um den Durchfluss zu verändern. Diese Bewegungen beeinflussen sowohl die Art und Weise, wie das Ventil den Durchfluss regelt, als auch den Platzbedarf des Ventils.
Bei Absperrklappen wird eine Scheibe quer zur Rohrleitung gedreht
Ein Absperrklappenventil öffnet sich, wenn sich seine Klappe in Strömungsrichtung dreht. Dreht man es in die geschlossene Position, blockiert die Klappe den Durchfluss und legt am Sitz an.
Die Scheibe verbleibt auch im vollständig geöffneten Zustand in der Bohrung. Da sie den Durchfluss weiterhin teilweise behindert, entsteht selbst bei einer vollständig geöffneten Absperrklappe ein Druckverlust.
Sie werden auf konzentrische, doppelt versetzte und dreifach versetzte Konstruktionen stoßen. Die von ZECO angebotenen Absperrklappen-Sortiment Umfasst Ausführungen mit Versatz und Metallsitz. Prüfen Sie die Geometrie und die Dichtungsanordnung für Ihren Einsatzzweck: Ein Wasserventil mit elastischem Sitz und ein Prozessventil mit Metallsitz weisen unterschiedliche Grenzwerte auf.
Kugelhähne regeln die Öffnung des Sitzes
Bei einem herkömmlichen Absperrventil wird der Kegel in Richtung des Sitzes oder von diesem weg bewegt, um den verfügbaren Durchflussquerschnitt zu verändern. Bei manuell betätigten Ausführungen kommt in der Regel ein Handrad zum Einsatz; bei automatisierten Ausführungen wird die Spindel über einen Stellantrieb positioniert.
Ein Globe-Gehäuse mit geradem Durchfluss leitet den Durchfluss um den Sitz herum. Y- und Winkelgehäuse ändern diesen Weg, um unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Druckverlust oder Betriebsbedingungen gerecht zu werden. ZECO’s Kugelventilführung und Produktpalette erläutert diese Karosserieformen und listet die verfügbaren Konfigurationen auf.
Eine lineare Kolbenbewegung führt nicht zwangsläufig zu einem linearen Durchfluss. Das Profil des Ventilkegels und andere interne Bauteile, die zusammen als „Trim“ bezeichnet werden, bestimmen die inhärente Durchflusscharakteristik des Ventils.
Welches Ventil ermöglicht eine bessere Durchflussregelung?
Ein Globventil in der richtigen Größe ist in der Regel die erste Wahl, wenn es um eine präzise und kontinuierliche Drosselung geht. Auch ein Absperrklappenventil kann gut funktionieren, insbesondere bei hohen Durchflussmengen, sofern seine Klappe, sein Stellantrieb und sein Betriebsbereich für die jeweilige Anwendung geeignet sind.
Nehmen wir einen Wärmetauscher, der seine Auslasstemperatur bei schwankendem Bedarf konstant halten muss. Sein Ventil muss sowohl bei geringer Auslastung als auch bei nahezu voller Produktion sinnvolle Anpassungen vornehmen. Ein Ventil, das den Spitzendurchfluss bewältigt, kann bei minimalem Bedarf dennoch Schwierigkeiten haben.
Fragen Sie bei beiden Ventilen nach:
- Der Strömungskoeffizient bei verschiedenen Fahrpositionen.
- Der vom Hersteller empfohlene Regelbereich.
- Prognostizierter Betrieb bei minimalem, normalem und maximalem Durchfluss.
- Leistung von Stellantrieb und Stellungsregler unter der zu erwartenden Belastung.
- Grenzwerte für Lärm, Vibrationen und Differenzdruck.
Ein Stellungsregler hilft dem Antrieb, die vorgegebene Position zu erreichen, doch ein überdimensioniertes Ventil oder eine ungeeignete Ventilgarnitur führen dennoch zu Problemen.
Anwendungen, die eine hohe Kapazität und einen geringen Platzbedarf erfordern. Es wird zudem darauf hingewiesen, dass die Dimensionierung und sich ändernde Prozesslasten eine Rolle spielen, während charakterisierte Scheibenkonstruktionen den Regelbereich erweitern können.
Ich würde zunächst den dokumentierten Regelbereich überprüfen, bevor ich mehr Geld für den Stellantrieb ausgebe. Weitere Informationen zur Scheibenposition und -auslegung finden Sie im Leitfaden von ZECO zu Einsatz von Absperrklappen zur Durchflussregelung.
Druckabfall: Vergleich unter gleichen Betriebsbedingungen
Bei gleichem Durchfluss und vergleichbarer Nennweite weist eine vollständig geöffnete Absperrklappe in der Regel einen geringeren Druckverlust auf als ein herkömmliches Absperrventil. Vergleichen Sie zur Drosselung die tatsächliche Öffnung und den Durchflusskoeffizienten der einzelnen in Frage kommenden Ventile.
Ein Absperrventil kann den größten Teil seiner Lebensdauer vollständig geöffnet verbringen, sodass sein Widerstand bei jedem Betrieb des Systems zur Förderhöhe beiträgt. Das US-Energieministerium Möglichkeiten zur Energieeinsparung bei Regelventilen erklärt, dass die zur Überwindung eines Druckabfalls erforderliche Leistung sowohl mit dem Durchfluss als auch mit der Höhe des Druckabfalls zunimmt.
Ein Regelventil erzeugt bewusst einen wechselnden Durchflusswiderstand, um den Durchfluss zu regeln. Wird der Auslegungsdruckabfall zu stark reduziert, kann dies die Fähigkeit des Ventils zur Regelung des Systems beeinträchtigen.
Dies bringt jedoch einen Kompromiss mit sich: Ein überdimensioniertes Regelventil verringert zwar den Widerstand bei vollständiger Öffnung, führt jedoch gleichzeitig zu starken Durchflussschwankungen über einen kleinen Teil seines Hubwegs.
Vergleichen Sie beide Ventile bei gleichem Durchfluss, gleichen Mediumseigenschaften und gleicher Leistungsanforderung. Ein vollständig geöffnetes Absperrklappenventil und ein teilweise geschlossenes Absperrventil erfüllen unterschiedliche Aufgaben.
Kavitation und Verdampfung müssen separat überprüft werden
Bei beiden Ventiltypen ist eine Kavitations- und Verdampfungsprüfung erforderlich, wenn die Flüssigkeitsbedingungen ein Risiko darstellen. Überprüfen Sie die Temperatur der Flüssigkeit sowie deren Druck im Engpassbereich und stromabwärts.
Kavitation entsteht, wenn der lokale Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt und sich Blasen bilden. Wenn sich der Druck wieder normalisiert, brechen die Blasen zusammen und können in der Nähe befindliche Oberflächen beschädigen.
Zu Flashing kommt es, wenn der Druck auf der Ausgangsseite unter dem Dampfdruck bleibt. Es bildet sich weiterhin Dampf, und das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch kann das Ventil und die nachgeschalteten Rohrleitungen angreifen.
Eine geeignete Ventileinrichtung für Kugelhähne kann dazu beitragen, Kavitation zu kontrollieren; die Bauform allein bietet diesen Schutz nicht. Die Auswahl des Ventils kann das durch die Prozessbedingungen bedingte Flashing nicht verhindern; Geometrie und Werkstoffe tragen dazu bei, Schäden zu begrenzen.
Kostenvergleich zwischen Absperrklappe und Absperrventil: Vergleich der gesamten Installation
Absperrklappen sind in größeren Baugrößen oft günstiger in der Anschaffung. Um die Gesamtkosten zu vergleichen, sollten Sie neben dem Preis der Armatur auch die Kosten für Einbau und Betrieb berücksichtigen. Je nach Werkstoff, Druckstufe, Sitzkonstruktion, Steuerungsanforderungen und Antriebsart kann sich ergeben, welche Variante kostengünstiger ist.
Stellen Sie sicher, dass die Angebote dieselben Anforderungen abdecken. Eine manuell betätigte Absperrklappe mit elastischem Sitz und ein automatisiertes Regelventil vom Typ „Globe“ umfassen unterschiedliche Ausstattungskomponenten. Geben Sie für jedes Komplettpaket einen Preis an:
- Der Ventilkörper, der Ventilsitz, die Ventilinnenteile und die erforderlichen Prüfungen.
- Der Antrieb, der Stellungsregler, die Schalter und das Zubehör.
- Rohrumbauten, Halterungen, Hebevorgänge und Zugänge für die Montage.
- Energieversorgung, Wartung, Ersatzteile und Ausfallzeiten.
Ein fester prozentualer Preisvorteil wäre irreführend. Eine für anspruchsvolle Einsatzbedingungen konzipierte Absperrklappe mit Metallsitz kann teurer sein als ein einfaches Absperrventil mit anderen technischen Daten.
Ein Beispiel zeigt, warum Energie wichtig ist
Ein zusätzlicher Druckverlust verursacht Kosten, wenn die Pumpe die zusätzliche Förderhöhe aufbringen muss. Hier ist eine Berechnung anhand hypothetischer Eingabewerte; sie stellt keine gemessenen Einsparungen durch bestimmte Ventile dar.
Angenommen, ein Wasserversorgungssystem verfügt über:
- Durchfluss von 0,02 m³/s, was 72 m³/h entspricht.
- Ein vermeidbarer zusätzlicher Druckabfall von 50 kPa.
- Gesamtwirkungsgrad von Pumpe und Motor des Modells 70%.
- Betriebsdauer von 6.000 Stunden pro Jahr.
- Der Strompreis beträgt $0,12 pro kWh.
Die zusätzliche elektrische Leistungsaufnahme beträgt ungefähr:
Leistung = Durchfluss × Druckverlust ÷ Wirkungsgrad
Verwendung einheitlicher Einheiten: 0,02 × 50.000 ÷ 0,70 = 1.429 Watt, also etwa 1,43 kW.
Das sind ungefähr 8.570 kWh und $1.030 pro Jahr unter diesen Annahmen.
Die tatsächlichen Einsparungen hängen von der Pumpenkennlinie und der Steuerung ab. Durch die Beseitigung von Widerständen in einem System mit fester Drehzahl kann sich der Durchfluss erhöhen, anstatt die Leistung um diesen Betrag zu senken. Die Pumpen- und Systemkennlinien legen den Betriebspunkt fest. Überprüfen Sie diesen Punkt, bevor Sie die Berechnung als Schätzung der Energieeinsparung betrachten.
Absperrklappe vs. Absperrventil – Größe: Der Rohrdurchmesser ist nur der Anfang
Absperrklappen sparen oft Platz und Gewicht, je größer der Rohrdurchmesser wird. Absperrventile müssen entsprechend dem erforderlichen Durchfluss und Druckverlust dimensioniert werden, sodass der Rohrdurchmesser allein nicht ausschlaggebend für die Wahl zwischen beiden ist.
So führt Bray beispielsweise seine Absperrklappen der Baureihe 30/31 für NPS 2–20 bzw. DN 50–500 auf. Absperrklappen sind also keineswegs auf Rohre ab 8 Zoll Durchmesser beschränkt.
Berücksichtigen Sie bei der Installation nicht nur den Nenndurchmesser:
- Abstand zwischen den Rohranschlüssen.
- Gesamthöhe und Freiraum für den Stellantrieb.
- Gewicht der Baugruppe und Anforderungen an die Halterung.
- Platz zum Ausbau des Stellantriebs, der Motorhaube oder der inneren Bauteile.
- Freiraum für die Absperrklappe in benachbarten Rohrleitungen und Armaturen.
Überprüfen Sie die Durchflusskapazität auch dann, wenn die Flanschgröße übereinstimmt. Ein automatisches Regelventil benötigt möglicherweise ein kleineres Gehäuse als das Anschlussrohr.
Verwenden Sie die Durchflusskapazität zur Überprüfung der Größe
Der Durchflusskoeffizient Cv setzt den Flüssigkeitsdurchfluss in Beziehung zum Druckabfall und dient als Vergleichsgröße für die tatsächliche Durchflussleistung eines Ventils. Für turbulente, nicht gedrosselte Flüssigkeitsströmungen gilt folgende vereinfachte Beziehung unter Verwendung der US-amerikanischen Maßeinheiten:
Cv = Q × √(SG ÷ ΔP)
Dabei steht Q für den Durchfluss in US-Gallonen pro Minute, SG für das spezifische Gewicht der Flüssigkeit im Verhältnis zu Wasser und ΔP für den Druckverlust am Ventil in psi.
Bei einem hypothetischen Wasserdurchfluss von 100 US-gpm bei einem Differenzdruck von 10 psi beträgt das spezifische Gewicht (SG) etwa 1. Der erforderliche Cv-Wert beträgt daher 100 × √(1 ÷ 10) oder etwa 31.6.
Für den Regelbetrieb suchen Sie auf der Kennlinie jedes Kandidaten den Wert Cv 31,6. Wiederholen Sie anschließend die Berechnung bei minimalem und maximalem Bedarf, um zu überprüfen, ob das Ventil den gesamten Bereich abdecken kann.
Die vereinfachte Gleichung deckt nicht alle Fälle ab. Viskosität, Verdünnungsmittel, Kavitation und Drosselströmung können Korrekturen erforderlich machen; für Dampf und Gase sind Bemessungsverfahren für kompressible Strömungen erforderlich.
Druck, Temperatur und Absperrung können die Wahl beeinflussen
Prüfen Sie die genauen Druck- und Temperaturwerte, die Werkstoffe sowie die Leckagespezifikationen des jeweiligen Ventils im Hinblick auf Ihren Einsatzzweck. Diese Grenzwerte variieren innerhalb jeder Ventilfamilie.
Ein widerstandsfähiger Sitz, der für gekühltes Wasser geeignet ist, ist möglicherweise für Dampf oder eine bestimmte Chemikalie ungeeignet. Metallsitze können den Anwendungsbereich erweitern, doch ihre Dichtheit muss noch überprüft werden.
Überprüfen Sie das Gehäuse, den Sitz, die Scheibe oder die Dichtung, die Spindeldichtung und den Stellantrieb. Jedes Teil der Baugruppe muss für den Einsatzzweck geeignet sein.
Beide Typen sorgen für eine dichte Absperrung
Beide Typen können anspruchsvolle Absperranforderungen erfüllen, sofern sie für den jeweiligen Einsatzzweck vorgesehen sind. Vergleichen Sie die Sitzkonstruktion, den Differenzdruck, die Antriebsleistung, die Durchflussrichtung und die Prüfbedingungen, bevor Sie entscheiden, welche Variante besser abdichtet.
So beschreibt Bray beispielsweise die Baureihe 30/31 als ein Produkt, das innerhalb der angegebenen Nennwerte eine bidirektionale, blasenfreie Absperrung gewährleistet. Diese Nennwerte gelten für die angegebene Produktfamilie und die angegebenen Betriebsbedingungen.
Bitten Sie den Lieferanten, die Prüfnorm, das Prüfmedium, den Druck, die zulässige Leckage und die geltende Einbaurichtung anzugeben. Betrachten Sie ein unbegründetes Versprechen von “Null-Leckage” als unvollständige Spezifikation.
Sitzleckagen treten an einem geschlossenen Ventil auf. Externe Leckagen treten durch Dichtungen, Verbindungsstellen oder die Druckhülle aus. Geben Sie beide Anforderungen dort an, wo sie relevant sind.
Der Wartungszugang gehört in die Spezifikation
Das Ventil, dessen Wartung am einfachsten ist, ist dasjenige, bei dem Sie aufgrund seiner Konstruktion und Einbauweise die verschlissenen Teile erreichen und austauschen können. Vergleichen Sie den Zugang, den Werkzeugbedarf, die Ersatzteile und die Ausfallzeiten für die zu erwartenden Reparaturen.
Bei einigen Globe-Konstruktionen ist der Zugang zur Dichtung über die Abdeckung möglich, während das Gehäuse in der Rohrleitung verbleibt. Bei einigen Austauschvorgängen des Ventilsitzes einer Absperrklappe muss das Ventil zwischen den Flanschen ausgebaut werden.
Überprüfen Sie die Vorgehensweise im Wartungshandbuch. Wenn nicht genügend Platz vorhanden ist, um ein verschlissenes Teil auszubauen, kann die Reparatur aufgrund der kompakten Bauweise unter Umständen teurer ausfallen.
Welches Ventil eignet sich für Ihre Anwendung?
Bei der Absperrung dürfte ein niedriger Widerstand im vollständig geöffneten Zustand das größte Gewicht haben. Bei der Modulation muss das Ventil den erforderlichen Durchflussbereich regeln. Berücksichtigen Sie diese hypothetischen Anwendungsfälle, wenn Sie Ihre Auswahlliste erstellen.
Große Kühlwasser-Absperrleitung
Eine Absperrklappe ist in der Regel eine sinnvolle Wahl für eine große Absperrleitung im Kühlwasserkreislauf. Sie vereint einen geringen Widerstand im vollständig geöffneten Zustand mit einem kompakten Gehäuse. Der Leitfaden von ZECO zu Anwendungsbereiche für Flansch-Absperrklappen umfasst Kühlwasserleitungen und andere Leitungen mit großem Durchmesser.
Überprüfen Sie die Wasserchemie, den Feststoffgehalt, die Kompatibilität der Dichtungen und den maximalen Differenzdruck beim Absperren. Stellen Sie eine Schließgeschwindigkeit ein, die innerhalb der Grenzwerte für den transienten Druck des Systems bleibt, auch wenn die Scheibe nur eine Viertelumdrehung benötigt.
Dampfzufuhr zu einem Wärmetauscher
Ein Kugelregelventil eignet sich in der Regel für eine Dampfversorgung, die auf einen schwankenden Wärmebedarf reagieren muss. Wählen Sie die Ventileinbaugruppe und den Stellantrieb so aus, dass der Durchfluss über den erforderlichen Betriebsbereich geregelt werden kann.
Die Mindestlast sollte ebenso sorgfältig geprüft werden wie die Spitzenlast. Dampfbedingungen, Druckverhältnis, Geräuschentwicklung und erforderliche Absperrung beeinflussen die endgültige Auswahl.
Wasserkreislauf mit variablem Durchfluss
Je nach Durchflussbereich und Regelungsanforderungen kann jeder der beiden Ventiltypen in einem modulierenden Wasserkreislauf eingesetzt werden. Eine Absperrklappe in Regelqualität kann nützliche Kapazitäts- und Platzersparnisse bieten, während ein Absperrventil für die Feinregelung bei geringeren Durchflüssen besser geeignet sein kann.
Vergleichen Sie die berechneten Betriebspositionen und die Regelleistung. Bei einem zu groß gewählten Cv-Wert hat ein Großteil des Ventilhubs möglicherweise nur einen geringen Einfluss auf den Durchfluss.
So treffen Sie in fünf Schritten die richtige Wahl
Stellen Sie dem Lieferanten ausreichende Betriebsdaten zur Verfügung, damit er die Größe berechnen und die Baugruppe überprüfen kann. Befolgen Sie diese fünf Schritte, bevor Sie sich für eine Auswahl entscheiden:
- Definieren Sie die Funktion. Geben Sie an, ob das Ventil absperrt, gelegentlich drosselt oder stufenlos regelt. Geben Sie die Betriebsfrequenz sowie die erforderliche Reaktion bei Ausfall der Stromversorgung oder der Instrumentenluft an.
- Halten Sie die Prozessbedingungen fest. Geben Sie die Zusammensetzung der Förderflüssigkeit, die Temperatur, den Mindest- und Höchstdruck sowie den Mindest-, Normal- und Höchstdurchfluss an. Berücksichtigen Sie dabei Feststoffe, Viskosität oder Korrosionsrisiken.
- Bewerten Sie beide Anbieter. Fordern Sie die erforderlichen Cv- oder Kv-Werte, die prognostizierten Durchflusspositionen, Druckverlustberechnungen sowie gegebenenfalls Überprüfungen auf Kavitation, Verdampfung oder Geräuschentwicklung an.
- Überprüfen Sie die Installation und die Absperrvorrichtung. Vergewissern Sie sich, dass Anschlüsse, Druck- und Temperaturwerte, Dichtheitsanforderungen, Betätigungskraft oder Drehmoment, Freiräume und Wartungszugänge den Vorgaben entsprechen.
- Vergleichen Sie die vollständigen Angebote. Berücksichtigen Sie dabei neben dem Kaufpreis auch die Installationskosten, die energetischen Auswirkungen, Ersatzteile und den voraussichtlichen Wartungsaufwand.
Ich würde um die Berechnung der Auswahl zusammen mit dem Angebot bitten. Wenn Sie Anfrage eines Angebots für Ventile bei ZECO, fügen Sie bitte die oben genannten Betriebsdaten bei, damit Größe, Materialien und Betätigung gemeinsam bewertet werden können.
Treffen Sie die Entscheidung unter Berücksichtigung der erforderlichen Pflicht
Entscheiden Sie sich für ein Absperrklappenventil, wenn es den Anforderungen entspricht und seine kompakte Bauweise, seine Durchflusskapazität oder sein geringerer Widerstand im vollständig geöffneten Zustand Vorteile für die Installation bieten. Wählen Sie ein Sitzregelventil, wenn eine präzise Regelung und eine geeignete Inneneinrichtung den zusätzlichen Platzbedarf, das höhere Gewicht und den Druckverlust rechtfertigen.
Bitte klären Sie vor der Bestellung die Berechnungen und die genauen Produktspezifikationen mit dem zuständigen Ingenieur oder Ventillieferanten ab. So erhalten Sie die Betriebsdaten, anhand derer Sie zwischen einer Absperrklappe und einem Durchgangsventil entscheiden können.
