Als Regelventil wird im Allgemeinen das klassische Hubventil angesehen. Drehstellventile wie Klappen und Kugelhähne werden nur begrenzt als Regelorgane eingesetzt, da sie entweder nur für niedrige Differenzdrücke geeignet sind oder aber aufgrund der Geometrie unzureichende Kennlinien bzw. eine große Hysterese aufweisen. Ein Drehkegelventil erfüllt in weitem Umfang die Anforderungen eines Universalventils und stellt eine ideale Ergänzung zum klassischen Hubventil dar.
Dipl.-Ing. Uwe Vogel
Ein Drehkegelventil ist eine Kombination aus Kugelsegmentventil, Klappe sowie einem klassischen Regelventil. Durch die besondere Konstruktion werden die Vorzüge dieser Bauformen vereint. Die doppel-exzentrische Schwenkbewegung des Drosselkörpers bewirkt, dass der volle Ventilquerschnitt freigegeben werden kann und keine Bauelemente im direkten Mediumsstroms liegen.
Diese Eigenschaft ist vor allem bei abrasiven Medien, wie z.B. Kalkmilch oder Rohöl (Cruide Oil), erforderlich, um den Verschleiß der Innenteile zu minimieren. Durch die Bewegung des Drosselkörpers quer zur Strömung ergeben sich hohe spezifische Durchflussbeiwerte (Kvs/DN²). Vergleicht man ein Hubventil mit einem Drehkegelventil, so sieht man, dass die maximalen Kvs-Werte bei einem Drehkegelventil DN 25 bis DN 50 um ca. 50% und bei DN 80 bis DN 300 um 100 bis 200% höher liegen als bei einem Hubventil gleicher Nennweite.
Sofern es die Strömungsgeschwindigkeiten zulassen, kann man durch die Wahl eines Drehkegelventils unter Umständen eine kleinere Ventilnennweite einsetzen und damit Kosten sparen. Dies macht sich vor allem bei großen Nennweiten oder aber bei teuren Werkstoffen bemerkbar. Weitere Kostenvorteile ergeben sich durch die Möglichkeit einer flanschlosen Bauweise, wodurch sich Baugröße noch kompakter gestalten lässt.
Durch den Einbau von Sitz und Kegel von der Seite können Drehkegelventile mit einteiligen Gehäusen gebaut werden, wodurch sich statische Dichtungen vermeiden lassen. Dies ist im Hinblick auf Leckagen und Wartungsarbeiten von Vorteil.
Bei der Abdichtung nach außen ergeben sich durch die drehende Spindelbewegung hohe Stopfbuchsdichtigkeiten, die z. B. die TA-Luft mit Leckagewerten 10-6 mbar l/s erfüllen.
Damit ergeben sich schon bei der Standardausführung hohe Dichtigkeiten, die im Hinblick auf die Umweltschutzbestrebungen von Vorteil sind.
Durchflusskennlinie
Im Gegensatz zum Hubventil haben Drehkegelventile eine feste Geometrie des Drosselkörpers, durch die die Durchflusskennlinie festgelegt wird. Als natürliche Kennlinie ergibt sich bei Drehkegelventilen eine leichte S-Form, die um die ideal lineare Kennlinie schwingt.
Eine Umsetzung in eine ideal lineare oder ideal gleichprozentige Kennlinie erfolgt über einen Stellungsregler über geeignete Kurvenscheiben oder aber bei digitalen Reglern über eine Softwarekennlinie.
Das Eingangssignal wird dabei über die sogenannte Signalkennlinie entsprechend umgeformt, so dass sich durch die Überlagerung mit der natürlichen Kennlinie eine gewünschte Gesamt-Kennlinie ergibt.
Da für Drehkegelventile in der Regel nur relativ kleine Antriebe benötigt werden, spielt der Einfluss der Stellzeit bei der dynamischen Betrachtung des Gesamt-Durchflussverhaltens mit einer Umsetzung der Kennlinie sicherlich nur eine untergeordnete Rolle.
Stellverhältnis
Im Zusammenhang mit der Durchflusskennlinie ist das hohe Stellverhältnis bei Drehkegelventilen zu nennen. Das Stellverhältnis definiert das Verhältnis des Nenn-Kvs-Wertes zum kleinsten noch regelbaren Durchflusswert, bei dem die Kennlinie noch innerhalb der zulässigen Toleranzen liegt. Drehkegelventile erreichen typische Werte von 1 : 200. Im Vergleich dazu liegen Hubventile, durch den notwendigen Spalt ’s‘ zwischen Sitz und Kegel in Schließstellung, bei Stellverhältnissen von 1 : 30 bis 1 : 50. Die hohen Werte beim Drehkegelventil sind durch die Bauart vorgegeben, da der Kegel durch den Doppel-Exzenter nicht in den Sitz eintaucht, sondern bereits beim kleinsten Öffnungswinkel einen reproduzierbaren Querschnitt freigibt. Dies bedeutet, dass man bei einem Drehkegelventil theoretisch bis auf Null regeln kann. Da das Drosselelement eines Drehkegelventils ein Kugelsegment ist, findet eine stetige Annäherung an den Ventilsitz im Schließvorgang statt. Deshalb kann man bei einem Drehkegelventil auch kein Stellverhältnis im üblichen Sinn angeben.
Beim Öffnen des Ventils ergibt sich der Öffnungswinkel a, resultierend aus der Exzentrizität b sowie der Breite des Ringspaltes c.
Ließe sich das Ventil unendlich fein positionieren, ergäbe sich damit theoretisch ein unendliches Stellverhältnis von 0 ~ 100% Kvs-Wert.
E cav 227
Unsere Whitepaper-Empfehlung
Wasserstoff gilt als Schlüssel für die Dekarbonisierung der Chemieindustrie. Doch die Nutzung des vermeintlichen Hoffnungsträgers Hydrogen birgt auch Gefahren und stellt die Branche vor neue Herausforderungen, die das gratis Whitepaper „H2 wie Hoffnungsträger?“ näher für Sie…
Teilen:
