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| Einsatz von Stellventilen in der Industrie | ||||||
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© Mika Baumeister, unsplash.com |
Unter den Armaturen, die in der verfahrenstechnischen Industrie eingesetzt werden, sind Stellventile von besonderer Bedeutung. Es ist das am häufigsten verwendete Stellglied und wird zur Regelung des Durchflusses von Flüssigkeiten oder Gasen eingesetzt. Insgesamt ermöglichen Regelkreise und Steuereinheiten eine effiziente Produktion von qualitativ hochwertigen Endprodukten in der verfahrenstechnischen Industrie.
Funktion von Stellventilen
Das Ventil in einer Rohrleitung besteht aus dem Ventilkegel und dem Ventilschaft, die miteinander verbunden sind. In der geschlossenen Position verschließt der Ventilkegel den Sitzring, um den Durchfluss zu stoppen. Wenn der Ventilschaft nach oben fährt, wird die ringförmige Durchflussöffnung größer und ermöglicht eine höhere Durchflussmenge.
Drosselgeräte in einer Rohrleitung begrenzen örtlich den Durchflussquerschnitt und führen zu einem Absinken des Mediumdrucks und einer Erhöhung der Geschwindigkeit. Nach der Querschnittsverengung kehrt die Geschwindigkeit annähernd auf den alten Wert zurück, wenn der Rohrleitungsdurchmesser vor und nach der Engstelle gleich ist. Allerdings bleibt ein Druckverlust bestehen.
Die Durchflusskennlinie des Ventils wird durch die geometrische Form des Ventilkegels bestimmt und kann linear, gleichprozentig oder in seltenen Fällen anders sein. Eine lineare Durchflusskennlinie bedeutet, dass eine Veränderung des Ventilhubes eine gleichmäßige Veränderung der Durchflussmenge bewirkt. Bei einer gleichprozentigen Durchflusskennlinie bewirkt eine Veränderung des Ventilhubes eine prozentuale Änderung der Durchflussmenge.
Die Wahl der Durchflusskennlinie hängt von den Anforderungen der Anwendung ab. Eine lineare Durchflusskennlinie wird beispielsweise für Anwendungen benötigt, bei denen eine genaue Kontrolle der Durchflussmenge erforderlich ist, während eine gleichprozentige Durchflusskennlinie für Anwendungen mit einem großen Regelbereich verwendet wird, bei denen eine proportionalere Änderung der Durchflussmenge gewünscht wird.
Antrieb von Stellventilen
Die Bewegung des Ventilkegels wird durch den Stellantrieb ausgeführt, welcher je nach Anwendung pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betrieben werden kann. Die Wahl des Stellantriebs ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Anwendung sowie der Verfügbarkeit von notwendigen Hilfsenergien.
Pneumatische Antriebe sind aufgrund des in den meisten verfahrenstechnischen Anlagen vorhandenen Druckluftnetzes weit verbreitet. Typischerweise arbeiten diese Antriebe mit einem Druck von 6 bar. Mechanische Federn erzeugen dabei in den meisten Fällen die notwendige Gegenkraft, um das Ventil zu bewegen. Im Falle eines Ausfalls der Druckluft schließt das Ventil aufgrund der Federkraft automatisch. In wenigen Fällen muss das Ventil jedoch umgekehrt geöffnet werden.
Pneumatische Antriebe zeichnen sich durch eine hohe Stellgeschwindigkeit aus.
Elektrische Antriebe haben hingegen den Vorteil, dass sie keine Versorgung mit Druckluft benötigen. Außerdem sind Regelventile mit elektrischen Stellantrieben weniger anfällig für unerwünschtes Schwingen. Druckänderungen im Medium haben aufgrund der Selbsthemmung des Getriebes praktisch keinen Einfluss auf die Position des Ventilkegels. Aus diesem Grund werden elektrische Ventilantriebe vor allem in gebäudetechnischen Anwendungen wie Heizung und Klimatisierung eingesetzt.
Um die Ansteuerung des Regelventilantriebs zu standardisieren, kommen häufig zusätzliche Stellungsregler zum Einsatz. Diese ermöglichen eine präzise Positionierung des Ventilkegels und tragen somit zu einer genaueren Steuerung des Prozesses bei.
Einsatzgebiete von Stellventilen
Stellventile finden sich häufig als Regelarmaturen oder Stetigventile in einem bestimmten Regelkreis wieder. Sie dienen als sogenanntes Stellglied und erlauben eine flexible Regelung der Durchflussmenge in einer Rohrleitung, indem sie beispielsweise als Drosselgerät fungieren. Der Begriff "Stellventil" umfasst dabei Ventile, die nicht nur die Funktion des Öffnens und Schließens der Durchflussmenge besitzen, sondern auch einen Übergang von Schaltungen zulassen. Dadurch ist es möglich, den Durchfluss direkt zu steuern.
Stellventile werden aufgrund ihrer vielseitigen Einsatzmöglichkeiten in einer breiten Palette von Anwendungen eingesetzt, von der Chemietechnik bis hin zur Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Der Antrieb von Stellventilen, auch Stellantrieb genannt, kann pneumatisch über eine Membran, elektrisch oder hydraulisch über einen Kolben erfolgen. Die Wahl des Stellantriebs hängt von der spezifischen Anwendung und der Verfügbarkeit der notwendigen Hilfsenergie ab.
In verfahrenstechnischen Anlagen sind pneumatisch angetriebene Regelventile aufgrund der typischerweise vorhandenen Druckluftnetze weit verbreitet.
Mechanische Federn erzeugen in der Regel die notwendige Gegenkraft, um bei einem Ausfall der Druckluft das Ventil selbsttätig zu schließen. In einigen Fällen muss jedoch das Gegenteil der Fall sein, wobei die Federkraft das Ventil öffnet. Pneumatische Antriebe haben den Vorteil einer hohen Stellgeschwindigkeit, was in vielen Anwendungen von Vorteil ist.
Elektrische Antriebe benötigen keine Versorgung mit Druckluft und haben den Vorteil, dass Regelventile mit ihnen deutlich weniger zum unerwünschten Schwingen neigen. Druckänderungen im Medium haben aufgrund der Selbsthemmung des Getriebes praktisch keinen Einfluss auf die Position des Ventilkegels. Aus diesem Grund werden in gebäudetechnischen Anwendungen wie Heizung und Klimatisierung praktisch ausschließlich elektrische Ventilantriebe verwendet.
Um die Ansteuerung des Regelventilantriebs zu standardisieren, werden häufig zusätzliche Stellungsregler eingesetzt. Die Wahl des passenden Stellglieds hängt immer von der spezifischen Anwendung ab und erfordert eine gründliche Analyse der Anforderungen.
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