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cav FOKUS ARMATUREN, ROHRE, DICHTUNGEN Bild 4: Gemessene Kennlinie des Drehschieberventils Bild 5: Dampfkühlung mittels Einspritzdüse Bereich von 0 (Ventil geschlossen) bis 60° (Ventil voll geöffnet) gedreht. Beide Scheiben enthalten je eine Bohrung für den Durchfluss. Die untere (feststehende) Scheibe hat zusätzlich einen radialen Durchflusskanal, dessen Querschnitt sich – analog zu einem V-Port Kegel – in Richtung der Bohrung vergrößert. Je nach Position der oberen, drehbaren Drosselscheibe – in Bild 3 durch eine Nachbildung aus Plexiglas dargestellt – wird ein bestimmter Querschnitt der V-Nut freigegeben und damit letztendlich der Durchfluss durch das Ventil bestimmt. Dieses System der dynamisch gelagerten Dichtscheiben garantiert eine sehr hohe Dichtheit des Ventils, da Fertigungstoleranzen und auch unterschiedliche Wärmeausdehnung absolut keine Rolle mehr spielen. Die Scheiben können aus jedem Material gefertigt sein (bis hin zu Keramik) und sind damit auch für schwierige Fluide und hohe Differenzdrücke geeignet. Die Auswahl der Werkstoffe für die Dichtscheiben erfordert jedoch möglichst genaue Information über das Prozessfluid und dessen chemische und physikalische Eigenschaften, da die Dichtscheiben unter hohem Druck aufeinander reiben und somit zusammen mit dem Prozessfluid ein tribologisches System bilden. Ein weiterer Vorteil, insbesondere bei verschmutzten Fluiden, ergibt sich durch die Form des Durchflusskanals, die aufgrund des verwendeten Werkzeuges über die gesamte Länge annähernd einem gleichseitigen Dreieck entspricht. Die maximale Partikelgröße, die diesen Durchflusskanal passieren kann, entspricht in etwa dem Innenkreisdurchmesser dieses Dreiecks. Dieser beträgt (bei K Vs 0,01 m³/h bzw. einem freien Querschnitt von 0,28 mm²) 0,46 mm. Würde man den gleichen freien Querschnitt mit einem Parabolkegel mit Sitzdurchmesser 3 mm realisieren, so könnten nur noch Partikel mit weniger als 30 μm Durchmesser die Drosselstelle passieren. Applikationsmöglichkeiten Die inhärente Kennlinie des Drehschieberventils wird durch die Fertigung des Durchflusskanals bestimmt und liegt zwischen einer linearen und einer idealen gleichprozentigen Kennlinie (Bild 4). Damit eignet sich diese Ausführung auch für Applikationen, bei denen der Druckabfall am Regelventil bei steigender Durchflussmenge stark abnimmt. Die ersten praktischen Einsatzfälle für das Drehschieberventil entsprechen gerade einer solchen Anlagenkennlinie. Es handelt sich dabei um die Konditionierung von Sperrdampf für die Niederdruckseite einer Dampfturbine. Hierzu wird Heißdampf mittels einer Einspritzdüse mit nachgeschalteter Verwirbelung von 500 auf 300 °C heruntergekühlt; das Drehschieberventil dient somit zur Regelung des Kühlwassers für die Einspritzdüse (Bild 5). Zusätzlich zu den hohen Anforderungen an das Mengenverhältnis (maximaler Durchfluss von über 90 kg/h bei gefordertem minimalem Durchfluss von 5 kg/h) variiert der Differenzdruck am Ventil zwischen 5 und 15 bar. Letzteres ergibt sich zwangsläufig aus der Kennlinie der Einspritzdüse. Die Ventilauslegung ergab einen berechneten K V -Wert von 0,034 m³/h für den maximalen Durchfluss und 0,0008 m³/h für den minimalen Durchfluss; der gewählte K Vs - Wert beträgt 0,04 m³/h. Das geforderte Stellverhältnis ist also 0,04/0,008 = 50:1. Dieser Wert wurde bei einer Durchflussmessung im Prüfstand, jedoch unter gleichen Prozessdaten wie im realen Betrieb, sogar noch leicht überschritten. Da bei der vorgegebenen Kombination von Kühlwasserdruck und -temperatur bei Differenzdrücken über 10 bar noch Kavitation auftritt, wurde die Ventilgarnitur komplett aus einem gehärteten Edelstahl gefertigt, sodass eine entsprechende Standzeit erwartet werden kann. Weitere Einsatzfälle befinden sich derzeit in Planung, darunter der Umbau von Ventilen zur Dosierung von Hochdruck-Wasserstoff in einer petrochemischen Anlage. Dieses Projekt ist nur realisierbar, weil für das Drehschieberventil (obwohl eine 90° Schwenkarmatur) das Gehäuse eines normalen Hubventils der Baureihen 8C oder 6H verwendet wird und somit auch der nachträgliche Umbau möglich ist. www.prozesstechnik-online.de Suchwort: cav0918arca AUTOR: LOTHAR GRUTESEN Leiter Produkttechnik, Arca Regler 40 cav 09-2018
WWW.ZWICK-ARMATUREN.DE TRI-SHARK 100 % REGELKLAPPE 100 % DICHT cav 09-2018 41
