Kugelhahnschaftdesign

A Kugelhahn ist ein Drehbewegungsventil, das eine kugelförmige Scheibe verwendet, um den Flüssigkeitsfluss zu stoppen oder zu starten. Die in der Abbildung unten gezeigte Kugel erfüllt dieselbe Funktion wie die Scheibe im Absperrventil.

Wenn der Ventilgriff gedreht wird, um das Ventil zu öffnen, dreht sich die Kugel bis zu einem Punkt, an dem das Loch durch die Kugel mit dem Einlass und Auslass des Ventilkörpers ausgerichtet ist. Wenn das Ventil geschlossen ist, wird die Kugel so gedreht, dass das Loch senkrecht zu den Durchflussöffnungen des Ventilkörpers steht und der Durchfluss gestoppt wird.

Was ist Kugelhahn?

Die meisten Kugelhahnantriebe sind Schnellspannantriebe, bei denen zum Betätigen des Ventils eine 90°-Drehung des Ventilgriffs erforderlich ist. Andere Kugelhahnantriebe werden über Planetengetriebe betrieben. Diese Getriebeart ermöglicht die Verwendung eines relativ kleinen Handrads und einer relativ geringen Betätigungskraft zum Betätigen eines ziemlich großen Ventils.

Einige Kugelhähne wurden mit einem mit einer sphärischen Oberfläche beschichteten Küken entwickelt, der in der geöffneten Stellung seitlich versetzt ist und sich in den Durchflusskanal dreht, bis er den Durchflussweg vollständig blockiert.

Das Einsetzen erfolgt durch die exzentrische Bewegung des Kegels. Das Ventil benötigt keine Schmierung und kann für Drosselzwecke verwendet werden.

Kugelhähne sind eine Art Rohrleitungsausrüstung, die den Durchfluss in einer Rohrleitung mithilfe einer Hohlkugel und runder Ventilsitze in einem Ventilkörper absperrt oder steuert. Es gibt zwei grundlegende Technologien für die Konstruktion von Kugelhähnen: die schwimmende Kugelkonstruktion und die zapfengelagerte Kugelkonstruktion.

Zu den Hauptkomponenten eines Kugelhahns gehören:

Ventilkörper – Ein Druckbehälter, der die Komponenten enthält, die zum Steuern oder Absperren des Durchflusses durch ein Rohr erforderlich sind. Er ist dafür ausgelegt, zwei oder mehr Rohr- oder Schlauchabschnitte miteinander zu verbinden.

Ball – Eine Kugel mit einem Fließpfad (Loch oder Tunnel) durch die Mitte und einem Verbindungspunkt für eine Welle zum Drehen.

Sitze – Runde, donutförmige Scheiben, die eine Abdichtung zwischen Körper und Kugel bilden.

Schaft – Ein Schaft, der die innere Kugel mit der Außenseite des Ventils verbindet, um die Drehung der Kugel zu erleichtern.

Stopfpackung – Flexible Dichtungen, die um die Welle passen und verhindern, dass das durch das Ventil strömende Medium nach außen entweicht.

Oberteil – Der Teil des Ventilkörpers, der den Schaft und die Packung beherbergt.

Bediener oder Aktuator – Ein externes Gerät, das den Ventilschaft dreht. Dies kann ein Hebel, ein Zahnrad, ein motorbetriebenes Zahnrad (elektrischer Aktuator) oder ein pneumatischer/hydraulischer Aktuator sein.

Welche Arten von Kugelhähnen werden in Rohrleitungen verwendet?

Kugelhähne haben keinen komplizierten Mechanismus. Sie sind leicht zu installieren und einfach zu bedienen. Ihr einfaches Design macht sie vielseitig einsetzbar und sie können in vielen verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Es gibt viele Arten von Kugelhähnen, abhängig von ihrer Gehäusekonstruktion und Funktion.

Typen basierend auf der Körperkonfiguration

Hersteller von Kugelhähnen kategorisieren diese Ventile anhand ihrer Gehäuseform. Je nach Konstruktion gibt es vier Arten von Kugelhähnen.

Top Entry Kugelhahn

Wie der Name schon sagt, ermöglichen Kugelhähne mit Zugang von oben den Zugang zu den Innenteilen des Ventils, indem die obere Haubenabdeckung entfernt wird. Diese Ventile können leicht zusammengebaut und auseinandergebaut werden. Der einfache Zugang ermöglicht Reparaturen und Wartungsarbeiten, ohne dass das Kugelventil von der Rohrleitung getrennt werden muss.

Endeingangs-Kugelhahn

Diese Kugelhähne haben einen einteiligen Körper. Die Anschlüsse am Ventil sind geflanscht oder verschraubt. Die Kugel wird von einem Ende aus eingesetzt und durch einen verschraubten Einsatz an Ort und Stelle gehalten. Kugelhähne mit Endanschluss sind normalerweise kleiner und werden für Anwendungen verwendet, die weniger Druck erfordern.

Geteilter Kugelhahn

Bei Kugelhähnen mit geteiltem Körper ist der Körper des Ventils in zwei oder drei Teile geteilt, die wie Flansche zusammengeschraubt sind. Ein Teil des Körpers ist immer größer als der Rest und hält die Kugel. Die Stopfbuchse ist um den größeren Körperteil herum konstruiert. Kugelhähne mit geteiltem Körper sind normalerweise größer, es gibt aber auch kleinere. Sie sind leicht zu prüfen und zu warten.

Geschweißter Kugelhahn

Bei Kugelhähnen mit verschweißtem Gehäuse ist die Haube mit dem Ventilkörper verschweißt. Dadurch ist das Ventil vor Leckagen aller Art geschützt. Die Innenteile des Ventils sind nicht zugänglich und können nicht gewartet werden. Ventile mit verschweißtem Gehäuse eignen sich für unterirdische Anwendungen, Unterwasserpipelines und die Regulierung des Durchflusses gefährlicher Stoffe.

Typen basierend auf der Ballbewegung

Schwebendes Ball-Design

Bei einem Kugelhahn mit schwimmender Konstruktion ist die hohle Kugel zwischen zwei oder mehreren gewölbten Ventilsitzen eingeklemmt, die an den Einlass- und Auslassöffnungen des Ventilkörpers eine dichte Abdichtung zwischen dem Körper und der Kugel bilden.

Die Kugel wird durch eine Welle gedreht (normalerweise um 90 Grad), die aus dem Ventilkörper herausragt und mit einer Art Antrieb verbunden ist. Aus diesem Grund werden die meisten Kugelhähne als Vierteldrehventile bezeichnet. Diese Welle ist nicht starr mit der Kugel verbunden, damit der Kugelsitz die Kugel festhält und verhindert, dass sie sich im Ventilkörper nach unten bewegt.

Zapfengelagertes Kugeldesign

Das Kugelventil mit Zapfen funktioniert fast genauso wie das Kugelventil mit schwimmender Kugel, außer dass die Ventilsitze mit Federn gegen die Kugel gedrückt werden und die Kugel nicht schwenkt. Bei dieser Konstruktion dreht sich die Kugel nur um ihre Achse.

Bei einem zapfengelagerten Kugelhahn verfügt die Kugel über eine zweite Welle und ein Lager an der Unterseite der Kugel. Dieser Schaft oder „Pfosten“ hält die Unterseite des Ventils an Ort und Stelle. Die Oberseite der Kugel ist nicht geschlitzt und der obere Schaft ist fest mit der Kugel verbunden. Dadurch wird verhindert, dass sich die Kugel in den nachgeschalteten Sitz bewegt.

Typen basierend auf Bohrungen

Die Bohrung ist der Innendurchmesser der Kugeln, die in Kugelhähnen verwendet werden. Basierend auf der Bohrung gibt es drei grundlegende Arten von Kugelhähnen.

Schwimmender Kugelhahn mit vollem Durchgang

Der Volldurchgangskugelhahn wird so genannt, weil der Durchmesser der Bohrung in diesem Ventil dem Durchmesser der angeschlossenen Rohrleitung entspricht. Dies bedeutet, dass der Durchfluss durch das Ventil nicht eingeschränkt wird. Volldurchgangs- oder Volldurchflusskugelhähne sind ideal für Situationen, in denen Molchen erforderlich sein. Sie werden häufig in der chemischen, petrochemischen und Raffinerieindustrie eingesetzt.

Schwimmender Kugelhahn mit reduziertem Anschluss

Wie der Name schon sagt, hat ein Reduzierventil einen Innenbohrungsdurchmesser, der ein oder zwei Nennweiten kleiner ist als der Innendurchmesser der angeschlossenen Rohrleitung. Der Strömungsweg ist eingeschränkt, was zu höheren Energieverlusten führt. Reduzierventile werden hauptsächlich in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt.

Schwimmender Kugelhahn mit V-Anschluss

Der V-Port-Kugelhahn verfügt entweder über eine V-förmige Kugel oder einen ähnlich geformten Sitz. Dieser Kugelhahn wird in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit auf einem bestimmten Niveau gehalten werden muss. Aus diesem Grund wird der V-Kugelhahn auch als Regelventil bezeichnet.

Typen basierend auf der Stückzahl

Kugelhähne können in ein-, zwei- oder dreiteiligen Strukturen untergebracht werden.

Einteiliger schwimmender Kugelhahn

Dies ist der günstigste Kugelhahn, da er aus einem einzigen Gehäuse besteht, das an den Ventilkörper geschweißt oder geschmiedet ist. Einteilige Kugelhähne können nicht geöffnet werden, sodass Reinigung, Wartung oder Austausch von Teilen nicht möglich sind. Dieser Kugelhahn eignet sich für kleine Industrieanwendungen und Materialien wie Gase, bei denen keine Ventilwartung erforderlich ist.

Zweiteiliger schwimmender Kugelhahn

Dieser Kugelhahn besteht aus zwei Gehäuseteilen, die miteinander verschraubt sind. Zweiteilige Ventile können zur Reinigung und Wartung auseinandergebaut werden, allerdings muss dazu das Ventil von der Rohrleitung getrennt werden.

Dreiteiliger schwimmender Kugelhahn

Dreiteilige Kugelhähne bestehen aus drei verschiedenen Gehäuseteilen, die miteinander verschraubt sind. Das Ventil lässt sich leicht reinigen und warten. Die Innenteile können auch ausgetauscht werden, ohne das Ventil von der Rohrleitung zu trennen. Dreiteilige Kugelhähne sind teurer als die beiden anderen Ventiltypen dieser Kategorie.

Ventilmaterialien

Bälle bestehen normalerweise aus Metall und haben einen Metallkörper mit einer Einfassung (Sitze) aus Elastomeren (elastische Materialien, die Gummi ähneln). Auch Kunststoffausführungen sind erhältlich.

Die elastischen Sitze für Kugelhähne werden aus verschiedenen Elastomermaterialien hergestellt. Die gängigsten Sitzmaterialien sind Teflon (TFE), gefülltes TFE, Nylon, Buna-N, Neopren und Kombinationen dieser Materialien.

Aufgrund der Elastomermaterialien können diese Ventile nicht bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden. Bei der Auswahl des Sitzmaterials muss darauf geachtet werden, dass es mit den vom Ventil verarbeiteten Materialien kompatibel ist.

Der Schaft eines Kugelhahns ist nicht mit der Kugel verbunden. Normalerweise hat er am Kugelende einen rechteckigen Abschnitt, der in einen Schlitz in der Kugel passt. Die Erweiterung ermöglicht die Drehung der Kugel, wenn der Schaft gedreht wird.

Ausblassicherer Schaft des Kugelhahns

Einige Kugelhahnschäfte haben eine Nut in der Oberseite des Schafts, die den Strömungsweg durch die Kugel zeigt. Die Beobachtung der Nutposition zeigt die Position des Durchgangs durch die Kugel an. Diese Funktion ist besonders bei Kugelhähnen mit mehreren Anschlüssen von Vorteil.

Die ausblassichere Spindel ist eines der grundlegenden Konstruktionsmerkmale des Kugelhahns.

Kugelhahnschaft wird von innen in den Ventilkörper eingesetzt und verfügt über eine integrierte T-förmige Schulter, um effektiven Schutz vor Ausblasen zu bieten. Es wird innen als Rücksitz eingesetzt, um die Sicherheit der Schaftabdichtung zu gewährleisten.

Um es genauer zu beschreiben: Der Schaft wird durch O-Ringe und Packungsringe abgedichtet und durch das Schaftgehäuse in Position gehalten, das mit dem Ventilkörper verschraubt ist. Die O-Ringe und Packungsringe werden durch den Stopfbuchsenflansch, der mit dem Schaftgehäuse verschraubt ist, zusammengedrückt und in Position gehalten. Das bedeutet, dass beim Ersetzen der Packung die ausblassichere Schaftfunktion verhindern kann, dass der Schaft durch den Druck aus dem Ventilinneren herausgedrückt wird.

Kugelhahn-Oberteil-Design

Am Körper ist eine Verschlusskappe befestigt, die die Schaftbaugruppe und die Kugel an ihrem Platz hält. Durch Einstellen der Verschlusskappe kann die Packung komprimiert werden, die für die Schaftabdichtung sorgt.

Die Dichtung für Kugelhahnschäfte besteht normalerweise aus gepressten Dichtungsringen, die normalerweise aus TFE, TFE-gefülltem oder TFE-imprägniertem Material bestehen. Einige Kugelhahnschäfte werden mit O-Ringen statt mit Dichtungen abgedichtet.

Position des Kugelhahns

Einige Kugelhähne sind mit Anschlägen ausgestattet, die nur eine 90°-Drehung erlauben. Andere haben keine Anschläge und können um 360° gedreht werden. Mit oder ohne Anschläge ist eine 90°-Drehung alles, was zum Schließen oder Öffnen eines Kugelhahns erforderlich ist.

Der Griff zeigt die Position der Ventilkugel an. Wenn der Griff entlang der Ventilachse liegt, ist das Ventil geöffnet. Wenn der Griff 90° quer zur Ventilachse liegt, ist das Ventil geschlossen.

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