Dreifach-exzentrische Klappe mit Regelaufsatz

Zwick Armaturen hat zusammen mit Yeary Controls einen patentierten Regelaufsatz entwickelt, der die Regelperformanz einer dreifach-exzentrischen Klappe in einer Art und Weise verbessert, dass die Regeleigenschaften mindestens auf dem Niveau eines Ventils oder eines Drehkegelventils liegen. Mit der Kombination der Klappe der Serie Tri-Con und dem Regelaufsatz Sharktooth entsteht die dichtschließende Absperr- und Regelarmatur Tri-Shark. Diese Regelarmatur zeichnet sich durch eine Reihe besonderer Vorteile aus. Zum einen weist die Armatur die Vorteile einer dreifach-exzentrischen Armatur wie absolute Dichtigkeit, Kompaktheit, leichte Automation oder Reibungsfreiheit auf, zum anderen hat diese Kombination die besonderen Eigenschaften einer Regelarmatur. Der Regelaufsatz Sharktooth ist so konzipiert, dass seine Kontur möglichst nah an der Schwenkbewegung der Armatur orientiert ist, um den Durchfluss zwischen Armaturenscheibe und Aufsatz möglichst gering zu halten. Weiterhin ist der Regelaufsatz von mehreren Slots durchzogen, die die Strömung aufteilen und so einen genau berechneten Querschnitt freigeben.

Die Kennlinie der Armatur wird durch den Regelaufsatz zu einer gleichprozentigen, inhärenten Kennlinie gewandelt, die für den Großteil der Regelanwendungen die bevorzugte inhärente Kennlinie ist. Die Kennlinie der Tri-Shark sorgt dafür, dass die Armatur besonders gut im niedrigen Öffnungsbereich der Klappe zwischen 5° und 30° regeln kann, in dem herkömmliche dreifach-exzentrische Klappen an ihre Grenzen stoßen. Normale Absperrklappen haben einen guten Regelbereich zwischen 30° und 70°. Durch den Regelaufsatz wird der Regelbereich bei der Tri-Shark-Klappe nach unten erweitert. Die Auslegung der Klappe in Bezug auf die durchströmte Fläche ist in diesem Bereich so konzipiert, dass eine optimale Durchflussregelung möglich ist.

Ein weiterer Vorteil der Armatur ist die verringerte Kavitationsneigung. Durch die Kanäle in dem Sharktooth, die Slots, wird die Strömung in diesem Bereich so aufgeteilt, dass Kavitationserscheinungen verringert werden. Die im Kanalbereich des Regelaufsatzes entstehenden Dampfblasen nehmen durch den kleineren Massenstrom pro Kanal eine kleinere Dimension an, sodass Energie beim Implodieren der Dampfblasen geringer ist. Gerade bei kleinen Öffnungswinkeln sorgt Tri-Shark dafür, dass die Strömung konzentrisch in die Mitte der Rohrleitung geleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass die kinetische Energie der Strömung durch das konzentrische Auftreffen in der Rohrleitungsmitte besser umgewandelt werden kann und weniger Beschädigungen an der Rohrwandung auftreten. Die Slots des Sharktooths sorgen durch die Aufteilung eines größeren Massenstroms in einen kleineren Massenstrom ebenfalls dafür, dass die Frequenz des Schalls ansteigt, sodass die Schallentwicklung besser durch die Rohrleitung absorbiert werden kann und dass die Frequenz in einem Bereich liegt, bei dem das menschliche Ohr den Schall weniger intensiv wahrnimmt. Zudem wird das dynamische Moment durch das veränderte Druckfeld um die Klappenscheibe verringert. Das bedeutet, dass bei kritischen Öffnungswinkeln und Strömungszuständen durch den reduzierten Drehmomentbedarf ein kleinerer Antrieb benutzt werden kann.

Die Tri-Shark-Armatur gibt es in mehreren Bauformen. Neben dem standardmäßigen Design von Anflanschklappe und Sharktooth sind auch integrierte Bauformen als Doppelflansch oder Einschweißklappe möglich.

Gerade bei größeren Nennweiten kann die Kombination aus der dreifach-exzentrischen Klappe Tri-Con und dem Regelaufsatz Sharktooth im Vergleich zu anderen Regelarmaturen zu Vorteilen in Bezug auf Anschaffungskosten, Gewicht und geometrischen Abmessungen führen bei exzellenter Dichtigkeit und sehr guter Regeleigenschaften.

Together with Yeary Controls, Zwick de- veloped Sharktooth as a patented throttling trim cartridge which transforms a triple offset butterfly valve into a high-end control valve. The control performance from this optimised concept is at least equal to that of a globe or rotary plug valve, yet with much better shut-off capabilities. By combining the Sharktooth throttling trim cartridge with the Tri-Con series of triple offset butterfly valves, Zwick created Tri-Shark – a zero leakage, triple offset butterfly valve for shut-off and control.

This new control valve provides a lot of advantages like one 100 % tightness, compactness, easy automation and frictionless operation. Moreover, the valve combination integrates all the features one would expect in a high-end control valve. A single valve type can now be used for both on-off and control applications. The throttling trim cartridge is designed close to the turning motion of the valve disc in order to reduce the flow between these two components to a minimum. Furthermore, the car- tridge is manufactured with multiple slots, which divide the flow and release a precisely calculated cross section while opening or closing the valve.

Thanks to the throttling trim cartridge, the valve’s flow characteristic changes to equal percentage, which is the preferred inherent flow characteristic for the majority of control applications. Tri-Shark’s flow characteristic guarantees efficient control between 5° and 30° – the travel range where traditional triple offset butterfly valves generally come up against their limits. Typical butterfly valves have good control limits between 30° and 70° of travel. Tri-Shark valves extend this range with the help of the throttling trim cartridge. The cartridge-valve combination is engineered for ideal flow control in this area.

The anti-cavitation properties are another point in Tri-Shark’s favour. The flow is divided by the slots; cavitation is thus reduced because the steam bubbles which occur in the area around them are smaller owing to the lower flower rate per slot. There is consequently less energy when the steam bubbles implode. Especially at small opening angles, Tri-Shark valves are able to conduct water jets concentrically into the centre of the pipe, so that the kinetic energy of the fluid is converted more efficiently prior to contacting the pipe wall and there is less risk of damage. As the mass flow is divided into smaller partial flows by Sharktooth’s throttling slots, the sound frequency is higher and the sound is more easily absorbed by the pipeline; the frequency is in a region where it is less perceptible to the human ear. Another very important asset of the throttling trim cartridge is that dynamic torque is reduced owing to the changed pressure field. At critical opening angles and under critical flow conditions, therefore, a smaller actuator can be chosen because less torque is required.

Tri-Shark is offered in several different shapes and sizes. Integrated versions such as valves with a double flange or butt weld ends are also available in addition to the standard lug-type design and Sharktooth. Compared to other control valves, Tri-Shark provides benefits in terms of purchase cost, weight and geometry as well as being absolutely leak-tight with excellent control characteristics – especially the larger diameters.

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