Doppelflansch-Absperrklappe aus Stahlguss

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Absperrklappen sind leichter, kleiner und leichter als andere Arten von Regelventilen, was sie zur besten Wahl für die Durchflussregulierung in vielen Anwendungen macht. Standard-Absperrklappen werden traditionell für automatische Öffnungs-/Schließanwendungen verwendet und sind für diese Rolle gut geeignet. Wenn es jedoch darum geht, den Durchfluss in einem geschlossenen Kreislaufsystem zu regulieren, halten einige Ingenieure sie für inakzeptabel.
Die Absperrklappe verwendet eine rotierende Scheibe, um den Durchfluss durch das Rohr zu steuern. Scheiben können in der Regel um 90 Grad betätigt werden, daher werden sie manchmal auch als Vierteldrehungsventile bezeichnet. Normalerweise werden sie bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit verwendet. Wenn ein dichter Verschluss erforderlich ist, können Absperrklappen mit weichen elastischen Dichtungen und/oder beschichteten Scheiben verwendet werden, um die erforderliche Leistung zu erzielen. Die Hochleistungs-Absperrklappe (HPBV) – oder Doppel-Offset-Ventil – ist heute der Industriestandard für Absperrklappen und wird häufig zur Drosselsteuerung eingesetzt. Sie eignen sich gut für Anwendungen mit relativ konstantem Druckabfall oder langsamen Prozesskreisläufen.
Zu den Vorteilen von HPBV gehören ein gerader Durchflussweg, eine hohe Kapazität und die Fähigkeit, feste und viskose Medien problemlos zu leiten. Ihre Installationskosten sind in der Regel die niedrigsten aller Ventiltypen, insbesondere Ventile mit NPS 12 und größer. Im Vergleich zu anderen Ventiltypen erhöht sich ihr Kostenvorteil erheblich, wenn die Größe 12 Zoll überschreitet.
Sie bieten eine gute Schließleistung in einem weiten Temperaturbereich und bieten verschiedene Ventilkörperdesigns, einschließlich Zwischenflanschausführung, Ansatzausführung und Doppelflansch. Sie sind viel leichter als andere Ventiltypen und kompakter. Beispielsweise wiegt ein segmentierter 12-Zoll-Kugelhahn der ANSI-Klasse 150 mit Doppelflansch 350 Pfund und hat eine Baulänge von 13,31 Zoll, während die entsprechende 12-Zoll-Absperrklappe nur 200 Pfund wiegt und eine Baulänge von 13,31 Zoll hat. Gesichtsabmessung von 3 Zoll.
Absperrklappen weisen einige Einschränkungen auf, die sie für die Durchflussregelung in bestimmten Anwendungen ungeeignet machen. Dazu gehören im Vergleich zu Kugelhähnen begrenzte Druckabfallfähigkeiten und ein größeres Kavitations- oder Flashing-Potenzial.
Da die große Oberfläche der Scheibe als Hebel fungiert, um die dynamische Kraft des fließenden Mediums auf die Antriebswelle zu übertragen, werden Standard-Absperrklappen für Hochdruckanwendungen normalerweise nicht verwendet. In diesem Fall kommt es auf die Größe und Auswahl des Aktuators an.
Manchmal kommt es vor, dass die Drosselklappe überdimensioniert ist, was sich negativ auf die Prozessleistung auswirkt. Dies kann auf die Verwendung von Ventilen in Rohrleitungsgröße, insbesondere Absperrklappen mit großer Kapazität, zurückzuführen sein. Es kann die Prozessvariabilität auf zwei Arten erhöhen. Erstens führt eine Überdimensionierung zu einer zu starken Ventilverstärkung und damit zu mangelnder Flexibilität bei der Einstellung des Reglers. Zweitens arbeiten übergroße Ventile möglicherweise häufiger bei kleineren Ventilöffnungen, während die Dichtungsreibung von Absperrklappen möglicherweise größer ist. Denn bei einem gegebenen Ventilhubinkrement führt ein zu großes Ventil zu unverhältnismäßig großen Durchflussänderungen. Dieses Phänomen wird die Prozessvariabilität, die mit der reibungsbedingten Totzone verbunden ist, erheblich verstärken.
Gesetzgeber verwenden manchmal Absperrklappen aus wirtschaftlichen Gründen oder zur Anpassung an eine bestimmte Rohrleitungsgröße, ungeachtet ihrer Einschränkungen. Es besteht der Trend, die Absperrklappe zu überdimensionieren, um ein Zusammendrücken des Rohrs zu vermeiden, was zu einer schlechten Prozesskontrolle führen kann.
Die größte Einschränkung besteht darin, dass der ideale Regelbereich der Drosselung nicht so groß ist wie bei einem Absperrventil oder einem Kugelsegmentventil. Außerhalb des Öffnungskontrollbereichs von etwa 30 % bis 50 % funktionieren Absperrklappen im Allgemeinen nicht gut.
Wenn der Regelkreis linear arbeitet und die Prozessverstärkung nahe bei 1 liegt, ist der Regelkreis im Allgemeinen am einfachsten zu regeln. Daher wird eine Prozessverstärkung von 1,0 zum Ziel für eine gute Regelkreisregelung, und der akzeptable Bereich liegt zwischen 0,5 und 2,0 (Bereich 4:1).
Die Leistung ist am besten, wenn der Großteil der Schleifenverstärkung vom Controller kommt. Beachten Sie, dass in der Verstärkungskurve von Abbildung 1 die Prozessverstärkung im Bereich unterhalb von etwa 25 % des Ventilhubs recht hoch wird.
Der Prozessgewinn definiert die Beziehung zwischen Prozessoutput und Inputänderungen. Der Hub, bei dem die Prozessverstärkung zwischen 0,5 und 2,0 gehalten wird, ist der optimale Regelbereich des Ventils. Wenn die Prozessverstärkung nicht im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt, kann es zu schlechter dynamischer Leistung und Schleifeninstabilität kommen.
Wenn das Ventil geschlossen und geöffnet wird, hat das Design der Klappenscheibe einen erheblichen Einfluss auf den Ventildurchfluss. Die Scheibe mit inhärenter gleichprozentiger Charakteristik kann den Druckabfall, der sich mit der Durchflussrate ändert, besser ausgleichen. Gleichprozentige Einbauten sorgen für lineare Installationseigenschaften zur Änderung des Druckabfalls, was ideal ist. Das Ergebnis ist eine genauere Eins-zu-eins-Änderung zwischen Durchflussrate und Ventilhub.
Neuerdings können Absperrklappen auch Scheiben mit inhärenter gleichprozentiger Durchflusscharakteristik verwenden. Dies stellt eine Installationsfunktion bereit, die dazu führt, dass der Installationsprozess über einen größeren Verfahrbereich innerhalb des erforderlichen Bereichs von 0,5 bis 2,0 zunimmt. Dadurch wird die Drosselkontrolle insbesondere im unteren Fahrbereich deutlich verbessert.
Diese Konstruktion bietet eine gute Regelung mit einer akzeptablen Verstärkung von 0,5 bis 2,0 von ca. 11 % Öffnung bis 70 % und der Regelbereich ist fast dreimal höher als der einer typischen Hochleistungs-Absperrklappe (HPBV) derselben Größe. Daher sorgen gleichprozentige Scheiben für eine insgesamt geringere Prozessvariabilität.
Absperrklappen mit inhärenter Gleichprozentcharakteristik, wie z. B. Regelscheibenventile, eignen sich ideal für Prozesse, die eine präzise Drosselungs- und Regelleistung erfordern. Unabhängig von Prozessstörungen können sie näher am Zielsollwert geregelt werden, wodurch die Prozessvariabilität verringert wird.
Wenn die Absperrklappe nicht richtig funktioniert, ersetzen Sie einfach die Klappe durch die richtige Größe, um das Problem zu lösen. Beispielsweise verwendet ein Papierunternehmen zwei übergroße Absperrklappen, um die Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Zellstoff zu steuern. Die beiden Ventile arbeiten bei weniger als 20 % des Hubs, was zu einer Prozessschwankung von 3,5 % bzw. 8,0 % führt. Den größten Teil ihrer Lebensdauer verbringen sie im manuellen Modus.
Es wurden zwei Fisher Control-Disk-Absperrklappen der passenden Größe NPS 4 mit digitalen Ventilsteuerungen installiert. Der Kreislauf läuft jetzt im Automatikmodus, die Prozessvariabilität des ersten Ventils hat sich von 3,5 % auf 1,6 % und die Prozessvariabilität des zweiten Ventils von 8 % auf 3,0 % erhöht, ohne dass besondere Schleifenanpassungen erforderlich waren.
Der schlechte Wasserdruck und die Durchflusskontrolle des Kühlsystems im Stahlwerk führten zu Unstimmigkeiten im Endprodukt. Das in Jiutai installierte HPBV konnte den Wasserfluss nicht wie erforderlich effektiv steuern.
Das Werk hofft, Ventile installieren zu können, die den Prozess besser steuern können und die Installationskosten minimieren sollen. Die Fabrik wird 10.000 US-Dollar ausgeben, um die Rohre jedes Ventils auszutauschen und von HPBV auf Kugelsegmentventile umzustellen. Stattdessen empfiehlt Emerson, dass seine Control-Disk-Absperrklappe zur aktuellen HPBV-Baugröße passt.
Ein Control-Disk-Ventil wurde zusammen mit einem von neun vorhandenen HPBVs getestet und seine Leistung erfüllte die festgelegten Anforderungen. Die Fabrik ersetzte die restlichen 8 HPBVs innerhalb eines Jahres und jedes HPBV war mit einem Control-Disk-Ventil ausgestattet. Dadurch entfiel die Notwendigkeit, 90.000 US-Dollar teure Rohrleitungen durch segmentierte Kugelhähne zu ersetzen, und die Kosten für Kugelhähne stiegen im Vergleich zu Absperrklappen um etwa 25 %.
Steuerscheibenventile sorgen für eine präzise Steuerung und helfen, Schwankungen im Endprodukt zu vermeiden. Das Stahlwerk schätzt, dass durch den Einbau von neun Control-Disk-Ventilen etwa 1 Million US-Dollar pro Jahr eingespart werden können.
Im Vergleich zu den meisten anderen Ventiltypen verursacht HPBV mit einem digitalen Stellungsregler geringere Erstinstallationskosten und kann bei richtiger Größe einen ausreichenden Regelbereich bieten. Sie haben eine hohe Kapazität und minimale Durchflussbeschränkungen. Die Absperrklappe mit inhärent gleichem Anteil an Innenteilen bietet die Möglichkeit, den Regelbereich zu erweitern, ähnlich wie ein Durchgangsventil oder ein Kugelhahn, und nimmt nur den Platz des HPBV ein.
Achten Sie bei der Auswahl von Ventilen, insbesondere HPBV, darauf, dass diese die richtige Größe haben, da sie sonst möglicherweise manuell vom Kontrollraum gesteuert werden. Es ist auch wichtig, den Ventiltyp, die inhärenten Eigenschaften und die Ventilgröße zu berücksichtigen, die den größten Regelbereich für die Anwendung bieten.
Mark Nymeyer ist der globale Marketingkommunikationsmanager für Flusskontrolle bei Emerson Automation Solutions.
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