Regelbereichoptimierung in Verbindung mit 100% iger Dichtheit

Dreifach-exzentrische Klappe mit dualer Funktion

von Dipl.-Ing Daniel Zwick

Dreifach-exzentrische Klappen sind auf dem Gebiet der dichtschließenden Auf-Zu-Armaturen immer weiter auf dem Vormarsch. Die vielen Vorteile, die diese Bauart von Armaturen mit sich bringt – absolute Dichtigkeit, Kompaktheit, leichte Automation oder Reibungsfreiheit und dahingehend lange wartungsfreie Intervalle – sind die Gründe für die wachsende Beliebtheit dieser Bauart. Die dreifach-exzentrische Klappe lässt sich in bestimmten Grenzen auch zum Regeln oder Drosseln verwenden. Um daraus eine leistungsfähige und performante Regelarmatur zu machen, hat die Firma Zwick die Tri-Shark Armatur entwickelt.

Abb.1 Regelaufsatz Sharktooth

Zusammen mit der Firma Yeary Controls hat Zwick einen patentierten Regelaufsatz entwickelt, der die Regelperformanz einer dreifach-exzentrischen Klappe dergestalt verbessert, dass die Regeleigenschaften mindestens auf dem Niveau eines Ventils oder eines Drehkegelventils liegen. Mit der Kombination der Klappe der Serie Tri-Con und dem Regelaufsatz Sharktooth entsteht die dichtschließende Absperr- und Regelarmatur Tri-Shark. Der Regelaufsatz (Abb.1) ist so konzipiert, dass seine Kontur möglichst nah an der Schwenkbewegung der Armatur orientiert ist, um den Durchfluss zwischen Armaturenscheibe und Aufsatz möglichst gering zu halten. Weiterhin ist der Regelaufsatz von mehreren „Slots“ durchzogen, welche die Strömung aufteilen und so einen genau berechneten Querschnitt freigeben.

Den Regelbereich erweitern

Die Kennlinie der Armatur wird durch den Regelaufsatz zu einer gleichprozentigen inhärenten Kennlinie gewandelt, die für den Großteil der Regelanwendungen die bevorzugte inhärente Kennlinie ist. Die Kennlinie der Tri-Shark sorgt dafür, dass die Armatur besonders gut im niedrigen Öffnungsbereich der Klappe zwischen 5–30° regeln kann, in dem „herkömmliche dreifach-exzentrische“ Klappen aus regelungstechnischer Sicht an ihre Grenzen stoßen. Normale Absperrklappen haben einen guten Regelbereich zwischen 30 und 70°. Die neue Klappe erweitert deutlich diesen guten Regelbereich durch seinen Regelaufsatz. Die Auslegung der Armatur in Bezug auf die sich ergebende durchströmte Fläche ist in diesem Bereich so konzipiert, dass z.B. eine optimale Durchflussregelung möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Armatur ist die verringerte Kavitationsneigung. Durch die Kanäle – die Slots – wird die Strömung so aufgeteilt, dass Kavitations­erscheinungen verringert werden, da im Kanal­bereich des Regelaufsatzes die entstehenden Dampfblasen durch den kleineren Massenstrom pro Kanal eine kleinere Dimension annehmen, sodass die entstehende Energie beim Implodieren der Dampfblasen geringer ist. Auch ist anzumerken, dass die Armatur dafür sorgt, dass gerade bei kleinen Öffnungswinkeln die Strömung konzentrisch in die Mitte der Rohrleitung geleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass die kinetische Energie der Strömung durch das konzentrische Auftreffen in Rohrleitungsmitte besser umgewandelt werden kann und weniger Beschädigungen an z.B. der Rohrwandung auftreten.

Die Slots sorgen durch die Aufteilung eines größeren Massenstroms in einen kleineren Massenstrom dafür, dass die Frequenz des Schalls ansteigt, sodass die Schallentwicklung besser durch die Rohrleitung absorbiert werden kann und die Frequenz in einem Bereich liegt, in dem das menschliche Ohr den Schall weniger intensiv wahrnimmt.

Ein ebenfalls wichtiger Aspekt des Regelauf­satzes ist die Tatsache, dass das entstehende dynamische Moment durch das veränderte Druckfeld um die Klappen­scheibe verringert wird. Das bedeutet, dass bei kritischen Öffnungswinkeln und Strömungszuständen im Hinblick auf das entstehende dynamische Drehmoment ein kleinerer Antrieb durch reduzierten Drehmomentbedarf benutzt werden kann (Abb.2).

Mehr als Standard

Die Armatur kann in mehreren Bauformen angeboten werden. Neben dem standardmäßigen Design von Anflanschklappe und Sharktooth (Abb.3) sind auch integrierte Bauformen als Doppelflansch (Abb.4) oder Einschweißklappe (Abb.5) möglich.

Gerade bei größeren Nennweiten kann die Kombination aus der dreifach-exzentrischen Klappe und dem Regelaufsatz im Vergleich zu anderen Regelarmaturen zu erheblichen Vorteilen in Bezug auf Anschaffungskosten, Gewicht und geometrische Abmessungen führen bei exzellenter Dichtigkeit und sehr guter Regeleigenschaften.