Die Vorteile von Top

Es gibt verschiedene Arten von Ventilkonstruktionen, die in anspruchsvollen, gefährlichen und korrosiven Anwendungen eingesetzt werden können. Es gibt jedoch Argumente für die inhärenten Vorteile eines Top-Entry-Designs bei anspruchsvollen Serviceanwendungen. Während Kugelhähne mit oberem Zugang natürlich den Vorteil der Inline-Reparierbarkeit bieten, ist dies nur einer der Vorteile, die dieser Ventiltyp mit sich bringt. Kugelhähne mit Zugang von oben bieten eine ausgefeilte Sitztechnologie. Dies unterscheidet sich von einer herkömmlichen schwimmenden Kugelhahndichtung, die bei anderen Konstruktionstypen üblich ist. Dies ist einer der wichtigsten Konstruktionsunterschiede der weichdichtenden Kugelhähne. Das Design mit Zugang von oben minimiert außerdem potenzielle Leckstellen in die Atmosphäre. Dies ist ein Hauptanliegen bei der Betrachtung diffuser Emissionen und Gase oder Dämpfe.

Durch die Einführung von oben zugänglichen Kugelhähnen können viele der Unannehmlichkeiten und Zuverlässigkeitsprobleme, mit denen Industrieanlagen konfrontiert sind, minimiert werden. Diese Ventile sind leicht zu warten, widerstandsfähig und eignen sich für den sicheren Betrieb unter schwierigen Bedingungen wie Ammoniak, Flusssäure, Chlor, Ethylenoxid, Phosgen, Sauerstoff und zahlreichen anderen Anwendungen.

Es gibt vier gängige Kugelhahnkonstruktionen, darunter Endeingangsventile, Split-Body-Ventile (zweiteilig), dreiteilige Ventile und Obeneingangsventile. Wie alle Vergleiche hat jede dieser Optionen Vor- und Nachteile. Die Frage, die Benutzer beantworten müssen, lautet: „Welche Eigenschaften eines bestimmten Kugelhahndesigns sind für die Anwendung am wichtigsten?“ Für Benutzer mit anspruchsvollen Serviceanwendungen stehen in der Regel eine zuverlässige Abschaltung, die Reduzierung diffuser Emissionen und die Einfachheit/Geschwindigkeit der Inline-Wartung ganz oben auf der Liste.

Das Endeingangsventil ist aufgrund seines kompakten Unibody-Designs beliebt, das verhindert, dass Leitungsspannungen auf die kritische Kugel- und Sitzdichtung ausgeübt werden. Endeingangsventile verwenden eine Konstruktion, bei der die Kugel und die Sitze über das Ende des Ventils eingesetzt und entfernt werden. Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass der Benutzer das Ventil aus dem Rohr entfernen muss, um es zu warten. Wenn die Gewinde am Endstück korrodiert sind, kann es schwierig werden, das Endstück zu entfernen und eventuell die Kugel und die Sitze auszutauschen.

Die Sitze eines Endeingangsventils ähneln den zwei- und dreiteiligen Designs, die in das Ventilgehäuse gepackt sind und einen ständigen Druck auf die Sitze ausüben, was zu Kaltflussproblemen führt. Da Endeingangsventile normalerweise nur mit Flanschenden erhältlich sind, bieten Ventile mit Obeneingang eine größere Vielseitigkeit bei den verschiedenen Endkonfigurationen.

Ähnlich wie das Endeingangsventil ist das Split-Body-Ventil (zweiteilig). Kugelhähne mit geteiltem Gehäuse verwenden ein zweiteiliges Gehäusedesign, das getrennt wird, um die Kugel und die Sitze zu ersetzen. Es wird typischerweise für allgemeine Serviceanwendungen und häufig für größere Ventildurchmesser verwendet. Im Vergleich zum einteiligen Gehäuse ist die Handhabung der Ventilgehäusehälften bei der routinemäßigen Wartung einfacher. Allerdings stellt die Flanschverbindung in der Mitte des Ventilkörpers eine potenzielle Leckagestelle dar und ist den Belastungen des Rohrleitungssystems ausgesetzt. Wie bei anderen Kugelhahnkonfigurationen, bei denen die Sitze unter konstanter Belastung stehen, kommt es schneller zu Kaltströmungsproblemen, die zu vorzeitiger Sitzleckage führen. Diese Ventile werden normalerweise nur mit Flanschende geliefert, was die Endverbindungskonfigurationen einschränkt und nicht inline gewartet werden kann.

Die heute in der Branche gebräuchlichste und wirtschaftlichste Kugelhahnkonstruktion ist der dreiteilige Kugelhahn. Dreiteilige Ventile verfügen über ein dreiteiliges Gehäusedesign, das das Herausschwenken des Mittelteils durch Lösen einer Schraube und Entfernen der anderen Befestigungselemente ermöglicht, sodass die Sitze und die Kugel nacheinander ausgetauscht werden können. Ein Vorteil dieser Konstruktion ergibt sich bei der Betrachtung von geschraubten und geschweißten Rohrleitungen.

Leider erfordert dieser Ventiltyp in der Regel eine Demontage vor dem Schweißen oder den Austausch von Gehäusedichtungen (Dummy-Dichtungen) nach dem Schweißen. Bei bestimmten Ventilen mit oberem Zugang können sie festgeschweißt werden, ohne dass die Sitze und die Haubendichtung entfernt oder ausgetauscht werden müssen. Dadurch wird verhindert, dass ein Benutzer den vom OEM durchgeführten Werksabnahmetest negiert, und es werden Zeit und Geld bei den Installationskosten gespart. Dreiteilige Kugelhahnsitze stehen ebenso wie die Endeinführungs- und Split-Body-Konstruktion unter ständiger Belastung. Dadurch kommt es schneller zu Kaltflussproblemen, die zu vorzeitigen Sitzlecks führen. Bei dieser Ventilkonstruktion besteht grundsätzlich ein höheres Risiko einer atmosphärischen Leckage. Es gibt zwei potenzielle Leckstellen im Körper, die gewartet werden müssen. Wie beim Split-Body-Design werden die Spannungen im Rohrleitungssystem direkt auf die Gehäusebefestigungen übertragen, was wiederum Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit der Gehäusedichtungen hat. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Drehmomente der Karosseriebefestigungen bei dieser Konstruktion eingehalten werden, um ein unbeabsichtigtes Austreten in die Atmosphäre zu vermeiden.

Schließlich gibt es noch den von oben zugänglichen Kugelhahn, der für anspruchsvolle Einsatzzwecke konzipiert wurde und eine zuverlässige Absperrung, die Einhaltung diffuser Emissionen und eine einfache Inline-Wartung bietet. Wie der Endeingang profitiert auch der Obereingang von einem kompakten Unibody-Design, das verhindert, dass Rohrleitungsspannungen auf die kritische Kugel- und Sitzdichtung ausgeübt werden. Im Gegensatz zu den anderen Konstruktionen bietet die Funktion „Top-Entry“ die Möglichkeit, das Ventil in der Leitung zu halten, ohne es aus dem Rohrleitungssystem entfernen zu müssen. Das Top-Entry-Design verwendet eine obere Motorhaube, die einen schnellen Zugriff auf die Kugel und die Sitze ermöglicht, und die Motorhaube selbst beherbergt den Schaft und die Schaftdichtungen. Durch das Abnehmen der Motorhaube sind alle wartungsbedürftigen Bauteile zugänglich. Darüber hinaus wirken sich Leitungsspannungen nicht auf die Motorhaubenbefestigungen aus, die die kritische Abdichtung zwischen Karosserie und Motorhaubenverbindung aufrechterhalten. Dies erleichtert die Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Verbindungsdichtung und minimiert das Risiko einer atmosphärischen Leckage zwischen Ventilkörper und Ventildeckeldichtung.

Das Konzept austauschbarer oder modularer Oberteilkonstruktionen ist auch ein Merkmal von Kugelhähnen mit oberem Zugang. Das Top-Entry-Design ermöglicht dem Benutzer die einfache Umrüstung oder Aufrüstung von einem Packungssystemtyp (Oberteil) auf einen anderen, ohne ein neues Ventil kaufen zu müssen. Dank der vielen Optionen für die Gestaltung des Oberteils, die für Ventile mit oberem Zugang verfügbar sind, kann die Auswahl des Oberteils auf die spezifischen Betriebsparameter der Anwendung zugeschnitten werden. Dadurch ist die Umrüstung von einem Standard-Motorhaubendesign auf eine verlängerte oder stark beanspruchte Motorhaube einfach. Es werden Upgrades für die Motorhaube angeboten, um Verlängerungen der Spindel zu ermöglichen, die in Anwendungen verwendet werden können, die den Einsatz einer Isolierung am Rohrleitungssystem erfordern, oder für anspruchsvolle Anwendungen, die spezielle Spindeldichtungen erfordern, wie z. B. V-Ring-Spindeldichtungen, die üblicherweise verwendet werden erfüllen branchenübliche Standards für diffuse Emissionen wie die Internationale Organisation für Normung (ISO) 15848 und das American Petroleum Institute (API) 622.

Kugelhähne mit Endeingang, geteiltem Gehäuse und dreiteiligem Gehäuse verwenden herkömmliche Sitztechnologie. Bei dieser Technologie wird sowohl im geöffneten als auch im geschlossenen Zustand ein konstanter Druck auf den Ball ausgeübt. Zeit, Temperatur und Druck führen dazu, dass die Sitze schneller kalt fließen. Die Folge ist mit der Zeit eine Abnahme der Formstabilität der Sitze, was sich stark auf die Absperrwirkung auswirken kann. Herkömmliche schwimmende Kugelhähne sind ebenfalls auf den Leitungsdruck angewiesen, um die Kugel in den nachgeschalteten Sitz zu drücken. Diese Abhängigkeit vom Leitungsdruck zur Abdichtung kann bei niedrigem Druck oder geringem Druckabfall zum Problem werden. Insbesondere wenn die Sitze verschleißen, wird die Absperrung beeinträchtigt und es ist ein höherer Druck erforderlich, um die Kugel zu platzieren und einen dichten Verschluss aufrechtzuerhalten.

Kugelhähne mit Zugang von oben erfordern einen Spielraum, damit Kugel und Sitz in den Sitzaufnahmen des Ventilkörpers installiert werden können. Um dies zu erreichen, gibt es im Wesentlichen zwei Methoden. Die gebräuchlichste Sitztechnologie, die von Herstellern von Kugelhähnen mit oberem Zugang verwendet wird, ist die Keilsitzkonstruktion. Wie bei einem Kegelventil sind die Sitze in einen konischen Körper eingeklemmt und werden durch eine Feder an Ort und Stelle gehalten. Wie beim Kükenventil führt diese Sitzart zu einer zuverlässigen Abdichtung, jedoch mit erhöhter Belastung der Sitze und erhöhtem Betätigungsdrehmoment. Der Vorteil ist eine dichte Sitzdichtung am vor- und nachgeschalteten Sitz, unabhängig vom Leitungsdruck.

Es gibt ein alternatives Kugel-/Sitzdesign, um die Montage von Ventilen mit oberem Zugang zu ermöglichen, die Lebensdauer des Sitzes zu verlängern und das Betriebsdrehmoment zu minimieren. Die Geometrie zwischen der Kugel-/Sitzschnittstelle kann geändert werden, sodass ein Spiel besteht, wenn sich die Kugel in der offenen Position befindet, und eine Nockenwirkung gegen die Sitze entsteht, wenn die Kugel in die geschlossene Position gedreht wird. Diese Kugelkonstruktion drückt die vor- und nachgeschalteten Sitze mechanisch zusammen, um unabhängig vom Leitungsdruck eine dichte, zuverlässige Dichtung zu schaffen. Zwei Vorteile dieser Methode bestehen darin, dass die Anforderungen an das Betriebsdrehmoment reduziert werden und die positive Abdichtung durch die Nockenwirkung eine zuverlässige Abdichtung des Ventils bei niedrigen Drücken ermöglicht. Dieses Design erfüllt und übertrifft nachweislich Industriestandards für Sitzabschaltungen wie API 598 und American National Standards Institute (ANSI)/Fluid Controls Institute (FCI) 70-2. Da diese Konstruktion nur dann Druck auf die Sitze ausübt, wenn sich das Ventil in der geschlossenen Position befindet, müssen die Sitze nicht ständig belastet werden. Daher ist die Sitzlebensdauer dieser Konstruktion im Vergleich zur herkömmlichen Kugelhahn-Sitztechnologie am günstigsten.

Während unterschiedliche Ventilkonstruktionen Vor- und Nachteile haben, wurden die Vorteile von Kugelhähnen mit oberem Zugang auf die Anforderungen anspruchsvoller Serviceanwendungen zugeschnitten. Ihre einfache Inline-Wartung, die zuverlässige dichte Absperrung und die Einhaltung diffuser Emissionen sind ideal für kritische Anwendungen. Dadurch müssen sich Benutzer weniger auf die Ventilwartung konzentrieren und können Zeit und Mühe auf die Verbesserung ihrer Betriebseffizienz konzentrieren.

Nang Chau ist globaler Produktmanager bei ITT Engineered Valves LLC. Er verfügt über mehr als 18 Jahre Erfahrung in der Fluid-Handling-Branche mit Schwerpunkt auf Pumpen, Ventilen und Dichtungstechnik.

Tim Cassel ist Produktingenieur bei ITT Engineered Valves LLC. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau von der Pennsylvania State University. Weitere Informationen finden Sie unter itt.com.