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Andere Ventile
Druckminderventile für Dampf
In einer Dampfanlage wird Dampf meist mit hohem Druck erzeugt, der dann vor den Verbrauchern entsprechend den Erfordernissen reduziert wird. Für den Transport des Dampfes sind hohe Drücke vorteilhaft, denn Sie ermöglichen kleinere Rohrleitungsnennweiten.
Druckreduzierung von Dampf
Eine Druckminderung wird durch Druckverlust beim Durchströmen eines verengten Strömungsquerschnitts erzielt. Die einfachste Form einer Druckreduzierung lässt sich durch ein gedrosseltes Absperrventil oder eine Blende erreichen. Dabei wird jedoch eine Änderung des Durchsatzes auch zu einer Abweichung des Minderdruckes führen. In einem Druckminderventil wird der Strömungsquerschnitt durch den Ventilhub automatisch angepasst, so dass der Minderdruck auch bei Durchsatzschwankungen konstant bleibt.
Vorteile von Druckminderventilen
Obwohl man einen stabilen Minderdruck natürlich auch mit einem Regelkreis aus Stellventil, Druckaufnehmer und Regler erreichen kann, greift man meistens auf ein Druckminderventil zurück, wenn der Minderdruck einen festen Sollwert hat. Für eine solche Festwertregelung wird keinerlei Hilfsenergie benötigt und das Ventil hat ein sehr schnelles Ansprechverhalten.
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Bild 1 Der Kesseldruck ist in der Regel höher als der für die Heizprozesse erforderliche Dampfdruck. Druckminderventile reduzieren den Druck auf den gewünschten Wert. |
Bauarten von Druckminderventilen für Dampf
Druckminderventile nutzen zur Regelung generell ein sich einstellendes Kräftegleichgewicht zwischen dem Minderdruck des Dampfes und der einstellbaren Kraft der Justierfeder. Entsprechend der Funktionsweise unterscheidet man zwei Bauarten:
- Direkt wirkendes Ventil: Die Federkraft wirkt direkt auf das Hauptventil.
- Pilotgesteuertes Ventil: Die Federkraft wirkt auf ein Pilotventil und nicht direkt auf das Hauptventil.
Die Funktionsweise beider Bauarten wird im folgenden kurz beschrieben.
Direkt wirkendes Druckminderventil
Für Anwendungen, bei denen keine sehr hohen Anforderungen an die Regelgüte gestellt werden.
- Vorteile: Einfacher Aufbau, preiswert.
- Nachteile: Relativ große Regelabweichung bei größeren Durchsatzschwankungen. Die Justierfeder deckt nur einen eingeschränkten Minderdruckbereich ab. Je nach Bauart ist eine äußere Steuerleitung mit wassergefülltem Abgleichgefäß erforderlich, um die Steuermembran vor Überhitzung zu schützen.
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Direkt wirkendes Druckminderventil |
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Bild 2 Der Minderdruck wird durch das Kräftegleichgewicht geregelt, das sich direkt am Hauptventil einstellt: In Richtung "Öffnen" wirkt die Federkraft, die an der Justierfeder eingestellt wird. In Richtung "Schließen" wirkt der Minderdruck über den Balg bzw, die Membran. Anmerkung: Die Bewegungen in der Animation sind verlangsamt und übertrieben dargestellt, um das Öffnen und Schließen des Ventils zu veranschaulichen. |
Bei einem direkt wirkenden Druckminderer wird der Hub des Ventils durch die Bewegungen an der Justierfeder bestimmt. Beim Spannen der Justierfeder wirkt deren Kraft auf das Ventil in Richtung "Öffnen", so dass sich der Durchsatz erhöht. Der nun steigende Minderdruck wirkt über den Balg oder die Membran dieser Federkraft entgegen, so dass sich ein Kräftegleichgewicht einstellt. Problem: Ein zunehmender Hub bei steigendem Durchsatz bedingt auch eine entsprechende Längenausdehnung der Justierfeder. Dadurch nimmt die Federkraft ab und das neue sich einstellende Kräftegleichgewicht führt zu einem niedrigeren Minderdruck. Dieser Effekt wird als P-Abweichung bezeichnet und ist einer der Nachteile dieser Bauart.
Pilotgesteuertes Druckminderventil
Für Anwendungen mit hohen Anforderngen an die Regelgüte
- Vorteile: Höhere Regelgüte. Deutlich geringere Änderung des Minderdrucks bei schwankendem Durchsatz oder Vordruck (P-Abweichung), daher über eine großen Durchsatzbereich einsetzbar. Eine Justierfeder für großen Minderdruckbereich.
- Nachteile: Aufwendigere Konstruktion, daher oft höherer Preis
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Pilotgesteuertes Druckminderventil |
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Bild 3 Die Druckreduzierung erfolgt am Hauptventil, das mechanisch von der Justierfeder entkoppelt ist. Das Kräftegleichgewicht zwischen Justierfeder und dem auf die Steuermemran wirkenden Minderdruck wirkt auf das Pilotventil und nicht direkt auf das Hauptventil. Anmerkung: Die Bewegungen in der Animation sind verlangsamt und übertrieben dargestellt, um das Öffnen und Schließen des Ventils zu veranschaulichen. |
Beim pilotgesteuerten Druckminderventil bestimmt das Kräftegleichgewicht aus Minderdruck und Federkraft der Justierfeder den Hub des Pilotventils. Dieses regelt den Druck des Dampfes, der auf den Kolben wirkt und das Hauptventil öffnen oder schließen lässt (Steuerdruck). Durch die mechanische Entkopplung von Hauptventil und Justierfeder findet bei schwankendem Durchsatz fast keine Änderung des Minderdrucks statt.
Da für eine große Änderung des Hubs am Hauptventil nur eine sehr kleine Änderung des Hubs am Pilotventil benötigt wird, ändert sich die Länge der Justierfeder und somit deren Federkraft kaum. Die daraus resultierende minimale P-Abweichung ist der Hauptvorteil pilotgesteuerter Druckminderventile.
Zusammenfassung
Aus dem vorher beschrieben wird deutlich, dass sich direkt wirkende und pilotgsteteuerte Druckminderventile aufgrund ihrer Funktionsweise und Einsatzbereiche unterscheiden.
Kurz gesagt:
- Direkt wirkende Druckminderventile werden für Anwendungen mit geringeren Anforderungen an die Regelgüte eingesetzt.
- Pilotgesteuerte Druckminderventile ermöglichen eine hohe Regelgüte auch bei schwankenden Durchsätzen.
Typische Anwendungen in der Dampfanlage:
- Für kleinere Anwendungen wie Sterillisatoren, Heizungen, Befeuchtern und kleineren Prozessbeheizungen werden häufig direkt wirkende Druckminderer eingesetzt.
- Für Hauptdampfleitungen, bei denen je nach Betriebszustand der angeschlossenen Verbraucher auch große Durchsatzschwankungen auftreten, ist ein pilotgesteuertes Druckminderventil vorzuziehen.
- Manche Dampfverbraucher haben beim Anfahren einen deutlich höheren Verbrauch als im stationären Zustand. Solche Anwendungen mit starken Durchsatzschwankungen erfordern den Einsatz pilotgesteuerter Druckminderventile.