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Andere Ventile
Druckminderventile für Dampf
In einer Dampfanlage wird Dampf in der Regel mit hohem Druck erzeugt und dann vor den Verbrauchern entsprechend den Erfordernissen reduziert. Für den Transport des Dampfes sind hohe Drücke vorteilhaft, da sie kleinere Rohrleitungsnennweiten ermöglichen.
Druckreduzierung von Dampf
Eine Druckminderung wird durch Druckverlust beim Durchströmen eines verengten Strömungsquerschnitts erzielt. Die einfachste Form der Druckreduzierung lässt sich durch ein gedrosseltes Absperrventil oder eine Blende erreichen. Dabei führt eine Änderung des Durchsatzes jedoch auch zu einer Abweichung des Minderdrucks. In einem Druckminderventil hingegen wird der Strömungsquerschnitt durch den Ventilhub automatisch angepasst, sodass der Minderdruck auch bei Durchsatzschwankungen konstant bleibt.
Vorteile von Druckminderventilen
Obwohl sich ein stabiler Minderdruck auch mit einem Regelkreis aus Stellventil, Druckaufnehmer und Regler erreichen lässt, greift man in der Regel auf ein Druckminderventil zurück, wenn der Minderdruck einen festen Sollwert hat. Für diese Festwertregelung wird keine Hilfsenergie benötigt und das Ventil spricht sehr schnell an.
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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
Es wird bei Anwendungen eingesetzt, 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.
| 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, sodass sich ein Kräftegleichgewicht einstellt. Das Problem dabei ist, dass ein zunehmender Hub bei steigendem Durchsatz auch eine entsprechende Längenausdehnung der Justierfeder bedingt. Dadurch nimmt die Federkraft ab und das neue Kräftegleichgewicht führt zu einem niedrigeren Minderdruck. Dieser Effekt wird als P-Abweichung bezeichnet und ist einer der Nachteile dieser Bauart.
Pilotgesteuertes Druckminderventil
Es wird für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Regelgüte eingesetzt.
- Vorteile: Höhere Regelgüte. Deutlich geringere Änderung des Minderdrucks bei schwankendem Durchsatz oder Vordruck (P-Abweichung), daher über einen großen Durchsatzbereich einsetzbar. Eine Justierfeder ermöglicht einen großen Minderdruckbereich.
- Nachteile: Aufwendigere Konstruktion, daher oft höherer Preis.
| 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 öffnet oder schließt (Steuerdruck). Aufgrund der mechanischen 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 erforderlich ist, verändert sich die Länge der Justierfeder und somit deren Federkraft kaum. Die daraus resultierende minimale P-Abweichung ist der Hauptvorteil pilotgesteuerter Druckminderventile.
Zusammenfassung
Aus dem Vorherigen wird deutlich, dass sich direkt wirkende und pilotgesteuerte 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 Sterilisatoren, Heizungen, Befeuchter und kleinere Prozessbeheizungen werden häufig direkt wirkende Druckminderer eingesetzt.
- Für Hauptdampfleitungen, bei denen je nach Betriebszustand der angeschlossenen Verbraucher große Durchsatzschwankungen auftreten können, 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.