cav
cav FOKUS ARMATUREN, ROHRE, DICHTUNGEN Drehschieberventil mit dynamisch gelagerten Dichtscheiben Regelt kleinste Mengen bei höchsten Anforderungen Ein System von dynamisch gelagerten Dichtscheiben ist das Geheimnis des Kleinstmengenregelventil 8C/6H von Arca Regler (Bild 1). Es sorgt für hohe Dichtheit, wobei Fertigungstoleranzen und unterschiedliche Wärmeausdehnung keine Rolle mehr spielen. Die Dichtflächen können aus nahezu jedem Material hergestellt werden. Mit diesen Voraussetzungen eignet sich Ausführung 8C/6H auch für schwierige Fluide und hohe Differenzdrücke. Die genaue Regelung von kleinen Durchflussmengen stellt eine besondere Anforderung an die Konstruktion, aber auch an die Fertigungsgenauigkeit von Stellventilen dar. Die Gruppe der Kleinstmengenregelventile überdeckt einen Bereich des Nenn-Durchflusskoeffizienten von 1 m³/h bis hinunter zu 10 -5 m³/h. Dabei bezieht sich der Nenn- Durchflusskoeffizient K Vs auf Wasser bei 1 bar Differenzdruck und voll geöffnetem Ventil. Diese Definition setzt jedoch eine turbulente Durchströmung des Ventils voraus. Ein Regelventil mit einem K Vs von 0,01 m³/h hat also unter den genannten Bedingungen bei voller Öffnung einen Durchfluss von 10 l (Wasser) pro Stunde. Außer dem K Vs -Wert gibt es für die Bewertung des Regelverhaltens von Stellventilen noch zwei weitere signifikante Parameter. Der erste dieser Parameter ist das Stellverhältnis. Das Stellverhältnis ist das Verhältnis des Nenn-Durchflusskoeffizienten K Vs zum kleinsten regelbaren Durchflusskoeffizienten K Vmin und damit eine Maßzahl, wie groß der Regelbereich des Ventils ist. Das obige Stellventil mit K Vs 0,01 m³/h könnte bei einem Stellverhältnis von 25:1 noch einen minimalen Durchfluss von 0,4 l/h Wasser regeln. Bild 1: Das Drehschieberventil 8C/6H erfüllt höchste Ansprüche an die Dichtheit Bilder: Arca Regler Die zweite Kenngröße ist die Kennlinie des Regelventils, also die Darstellung des K V - Wertes als Funktion über den Ventilhub (bzw. über den Öffnungswinkel bei Schwenkarmaturen). Bei einem idealen Regelkreis ist es wünschenswert, wenn die Verstärkung des Regelkreises möglichst konstant ist, d. h. wenn die Antwortfunktion (z. B. die Änderung des Durchflusses) auf eine Änderung der Führungsgröße (z.B. dem Eingangssignal am Stellungsregler) weitgehend unabhängig von der jeweiligen Ventilöffnung ist. Neben den sogenannten Grundkennlinien (linear oder gleichprozentig) sind auch sogenannte inhärente (ventiltypspezifische) Kennlinien möglich. Normalerweise werden Kleinstmengenregelventile in der Form von Durchgangs - ventilen in den Nennweiten 6 bis 25 hergestellt, wobei der Kegel entweder als Parabolkegel mit einem Sitzdurchmesser von 3 mm oder weniger ausgeführt wird. Alternativ kommt auch ein sogenannter V-Port-Kegel (zylindrischer Kegel mit eingebrachter V-Nut) zum Einsatz (Bild 2). Das Stellverhältnis und damit das Regelverhalten eines solchen Ventils wird im Wesentlichen durch die Toleranz zwischen Kegel und Sitzring bestimmt. Bei einem Durchflusskoeffizienten KVs von 0,01 m³/h und einem geforderten Stellverhältnis von 25:1 (und unter Benutzung der Faustformel, dass der Durchflusskoeffizient KVs 1 m³/h einem freien Querschnitt von 28 mm² entspricht) ergibt sich ein freier Querschnitt von 28 mm 2 /1 m 3 h -1 ∙ 0,01 m 3 h -1 bei voller Öffnung des Ventils; jedoch von nur von 38 cav 09-2018
28 mm 2 /1 m 3 h -1 ∙ 0,01 m 3 h -1 /25 = 0,011 mm 2 für den K Vmin . Für einen Parabol- oder V-Portkegel mit Sitz-Durchmesser 3 mm ergibt sich aus letzterem Wert eine maximal mögliche Toleranz zwischen Kegel und Sitzring von nur 3 μm. Abgesehen von der Herausforderung, die mit der Fertigung von solchen Präzisionsteilen verbunden ist, kann eine derartige Garnitur nur bei sehr sauberen Fluiden eingesetzt werden. Darüber hinaus ist auch der Temperatureinsatzbereich dieser Ventile bedingt durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Kegel und Sitzring begrenzt. Konstruktion der Ausführung 8C/6H Ausgehend von der strömungstechnisch vorteilhafteren Geometrie eines V-Portkegels besteht die zum Patent angemeldete Ventilgarnitur 8C/6H aus zwei Dichtscheiben mit geläppter Oberfläche, die mit einer Feder sowie durch den Differenzdruck aufeinander gedrückt werden. Die untere Scheibe ist fest im Ventilgehäuse fixiert; die obere Scheibe ist mit der Ventilwelle verbunden und wird durch den Stellantrieb in einem Bild 3: Regelfunktionen des Drehschieberventils Bild 2: Typische Kegelformen von Kleinstmenregelventilen Industrie Das Kompetenz- Netzwerk der Industrie 18 Medienmarken für alle wichtigen Branchen der Industrie Information, Inspiration und Vernetzung für Fach- und Führungskräfte in der Industrie Praxiswissen über alle Kanäle: Fachzeitschriften, Websites, Events, Newsletter, Whitepaper, Webinare Die passenden Medien für Sie und Ihre Branche: konradin.de/industrie media.industrie.de cav 09-2018 39
