Absperrklappen und Schieber sind zwei häufig in der industriellen und kommunalen Wasserwirtschaft eingesetzte Ventilarten. Sie unterscheiden sich deutlich in Aufbau, Funktion und Anwendung. Dieser Artikel erörtert die Unterschiede zwischen Absperrklappen und Schiebern detailliert hinsichtlich Funktionsprinzip, Zusammensetzung, Kosten, Lebensdauer, Durchflussregelung, Installation und Wartung.
1. Prinzip
Funktionsprinzip der Absperrklappe
Das größte Merkmal vonAbsperrklappeSeine einfache Struktur und kompakte Bauweise zeichnen das Ventil aus. Das Funktionsprinzip beruht darauf, dass sich die kreisförmige Absperrklappe um die Ventilspindel als zentrale Achse dreht und so den Flüssigkeitsstrom steuert. Die Ventilplatte fungiert dabei wie eine Kontrollstelle und kann den Durchfluss nur passieren, wenn die Absperrklappe dies zulässt. Steht die Absperrklappe parallel zur Strömungsrichtung, ist das Ventil vollständig geöffnet; steht sie senkrecht dazu, ist es vollständig geschlossen. Die Öffnungs- und Schließzeit des Absperrventils ist sehr kurz, da für den vollständigen Öffnungs- oder Schließvorgang lediglich eine Drehung von 90 Grad erforderlich ist. Aus diesem Grund zählt es zu den Drehventilen und Vierteldrehventilen.
Funktionsprinzip des Schieberventils
Die Ventilplatte desAbsperrschieberDer Schieber bewegt sich vertikal im Ventilkörper auf und ab. Ist der Schieber vollständig angehoben, ist der Innenraum des Ventilkörpers vollständig geöffnet und das Medium kann ungehindert durchströmen; ist er vollständig abgesenkt, wird der Durchfluss vollständig gestoppt. Dank seiner Konstruktion bietet das Schieberventil im vollständig geöffneten Zustand nahezu keinen Strömungswiderstand und eignet sich daher für Anwendungen, die ein vollständiges Öffnen oder Schließen erfordern. Es sei hier betont, dass das Schieberventil sowohl für vollständiges Öffnen als auch für vollständiges Schließen geeignet ist! Allerdings reagiert es relativ langsam, d. h. die Öffnungs- und Schließzeit ist länger, da mehrere Umdrehungen des Handrads oder des Schneckengetriebes für das vollständige Öffnen und Schließen notwendig sind.
2. Zusammensetzung
Zusammensetzung der Absperrklappe
Wie bereits erwähnt, ist der Aufbau der Absperrklappe relativ einfach und umfasst die Hauptkomponenten Ventilkörper, Ventilplatte, Ventilwelle, Ventilsitz und Antrieb. Siehe Abbildung unten.
Ventilkörper:
Das Ventilgehäuse der Absperrklappe ist zylindrisch und besitzt einen vertikalen Kanal im Inneren. Es kann aus verschiedenen Werkstoffen wie Gusseisen, Sphäroguss, Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Aluminiumbronze usw. gefertigt sein. Die Wahl des Werkstoffs hängt selbstverständlich von der Einsatzumgebung der Absperrklappe und den Eigenschaften des Mediums ab.
Ventilplatte:
Die Ventilplatte ist das oben erwähnte scheibenförmige Öffnungs- und Schließelement, das einer Scheibe ähnelt. Das Material der Ventilplatte ist üblicherweise das gleiche oder ein hochwertigeres Material als das des Ventilkörpers, da die Absperrklappe im direkten Kontakt mit dem Medium steht, anders als bei der Mittellinien-Absperrklappe, bei der der Ventilkörper durch einen Ventilsitz vom Medium getrennt ist. Bei manchen Medien sind verbesserte Verschleiß-, Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit erforderlich.
Ventilschaft:
Die Ventilspindel verbindet die Ventilplatte mit dem Antrieb und überträgt das Drehmoment zur Drehung der Ventilplatte. Sie besteht üblicherweise aus Edelstahl 420 oder anderen hochfesten Werkstoffen, um ausreichende Festigkeit und Langlebigkeit zu gewährleisten.
Ventilsitz:
Der Ventilsitz ist im Inneren des Ventilkörpers ausgekleidet und dichtet gegen die Ventilplatte ab, um ein Austreten des Mediums bei geschlossenem Ventil zu verhindern. Es gibt zwei Dichtungsarten: weiche und harte Dichtungen. Weiche Dichtungen bieten eine bessere Dichtleistung. Gängige Materialien sind Gummi, PTFE usw., die häufig bei Absperrklappen mit Mittellinienanschluss eingesetzt werden. Harte Dichtungen eignen sich für Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck. Gängige Materialien sind beispielsweise Edelstahl 304 + flexibler Graphit.dreifach exzentrische Absperrklappen.
Aktor:
Der Aktor dient dazu, die Ventilspindel zu drehen. Gängige Bauformen sind manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch. Manuelle Aktoren werden üblicherweise über Griffe oder Zahnräder betätigt, während elektrische, pneumatische und hydraulische Aktoren Fernsteuerung und automatisierten Betrieb ermöglichen.
Zusammensetzung von Absperrschiebern
Der Aufbau eines Schieberventils ist relativ komplex. Neben dem Ventilkörper, der Ventilplatte, der Ventilwelle, dem Ventilsitz und dem Antrieb gibt es auch Dichtungen, einen Ventildeckel usw. (siehe Abbildung unten).
Ventilkörper:
Das Ventilgehäuse eines Absperrschiebers ist üblicherweise tonnen- oder keilförmig und verfügt über einen geradlinigen Durchgangskanal. Als Werkstoffe für das Ventilgehäuse werden meist Gusseisen, Stahlguss, Edelstahl, Messing usw. verwendet. Die Wahl des geeigneten Werkstoffs richtet sich nach den Einsatzbedingungen.
Ventildeckel:
Der Ventildeckel ist mit dem Ventilkörper verbunden und bildet so einen geschlossenen Ventilraum. Üblicherweise befindet sich am Ventildeckel eine Stopfbuchse zur Montage einer Dichtung und zur Abdichtung der Ventilspindel.
Schieber + Ventilsitz:
Der Schieber ist das Öffnungs- und Schließelement des Absperrschiebers und hat üblicherweise eine Keilform. Es gibt ein- und zweiflügelige Schieber. Üblicherweise wird ein einflügeliger Schieber verwendet. Bei elastischen Schiebern besteht der Schieber aus GGG50 mit Gummibeschichtung, bei starren Schiebern aus dem Gehäusematerial plus Messing oder Edelstahl.
Ventilschaft:
Die Ventilspindel verbindet den Schieber mit dem Stellantrieb und bewegt den Schieber über ein Gewinde auf und ab. Die Ventilspindel besteht in der Regel aus hochfesten Werkstoffen wie Edelstahl oder Kohlenstoffstahl. Je nach Bewegungsrichtung der Ventilspindel unterscheidet man zwischen Schieberventilen mit steigender und mit nicht steigender Spindel. Bei Schieberventilen mit steigender Spindel befindet sich das Spindelgewinde außerhalb des Ventilkörpers, wodurch der geöffnete und geschlossene Zustand deutlich sichtbar ist. Bei Schieberventilen mit nicht steigender Spindel befindet sich das Spindelgewinde im Inneren des Ventilkörpers, was eine kompaktere Bauweise und einen geringeren Platzbedarf ermöglicht.
Verpackung:
Die Packung befindet sich in der Stopfbuchse des Ventildeckels und dichtet den Spalt zwischen Ventilschaft und Ventildeckel ab, um das Austreten von Medium zu verhindern. Gängige Packungsmaterialien sind Graphit, PTFE, Asbest usw. Die Packung wird durch die Stopfbuchse komprimiert, um die Dichtwirkung zu gewährleisten.
Aktor:
Das Handrad ist der gebräuchlichste manuelle Stellantrieb. Durch Drehen des Handrads wird das Gewinde der Ventilspindel angetrieben und der Schieber auf und ab bewegt. Bei Schieberventilen mit großem Durchmesser oder hohem Druck werden häufig elektrische, pneumatische oder hydraulische Stellantriebe eingesetzt, um die Betätigungskraft zu reduzieren und die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit zu erhöhen. Dies ist jedoch ein anderes Thema. Bei Interesse lesen Sie bitte den entsprechenden Artikel.Wie viele Umdrehungen sind nötig, um eine Absperrklappe zu schließen?Wie lange dauert es?
3. Kosten
Kosten einer Absperrklappe
Absperrklappen sind in der Regel günstiger als Schieber. Dies liegt an ihrer kurzen Baulänge, dem geringeren Materialbedarf und dem vergleichsweise einfachen Herstellungsverfahren. Zudem sind Absperrklappen leichter, was die Transport- und Installationskosten senkt. Der Kostenvorteil von Absperrklappen zeigt sich besonders deutlich bei Rohrleitungen mit großem Durchmesser.
Kosten eines Absperrschiebers
Die Herstellungskosten von Schieberventilen sind in der Regel höher, insbesondere bei großen Durchmessern oder Hochdruckanwendungen. Schieberventile sind komplex aufgebaut und erfordern eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit der Schieberplatten und Ventilsitze, was den Herstellungsprozess um zusätzliche Arbeitsschritte und Zeitaufwand erweitert. Zudem sind Schieberventile schwerer, was die Transport- und Installationskosten erhöht.
Wie aus der obigen Zeichnung ersichtlich, ist bei gleicher Nennweite DN100 das Absperrventil wesentlich größer als das Absperrklappenventil.
4. Haltbarkeit
Haltbarkeit der Absperrklappe
Die Lebensdauer von Absperrklappen hängt von den Materialien ihres Ventilsitzes und Ventilkörpers ab. Insbesondere die Dichtungsmaterialien von weichdichtenden Absperrklappen bestehen üblicherweise aus Gummi, PTFE oder anderen flexiblen Materialien, die sich bei längerem Gebrauch abnutzen oder altern können. Die Dichtungsmaterialien von hartdichtenden Absperrklappen bestehen hingegen aus Hochleistungskunststoffen oder Metalldichtungen, wodurch die Lebensdauer deutlich verbessert wird.
Im Allgemeinen weisen Absperrklappen eine gute Haltbarkeit in Niederdruck- und Mitteldrucksystemen auf, jedoch kann die Dichtungsleistung in Hochdruck- und Hochtemperaturumgebungen reduziert sein.
Erwähnenswert ist auch, dass Absperrklappen das Medium isolieren können, indem der Ventilkörper mit dem Ventilsitz umschlossen wird, um Korrosion zu verhindern. Gleichzeitig kann die Ventilplatte vollständig mit Gummi ummantelt und mit Fluor ausgekleidet werden, was ihre Beständigkeit gegenüber korrosiven Medien deutlich verbessert.
Langlebigkeit von Absperrschiebern
Die elastische Sitzdichtung von Schieberventilen ist, wie bei Absperrklappen, dem gleichen Problem ausgesetzt: Verschleiß und Alterung im Betrieb. Hartdichtende Schieberventile hingegen bewähren sich in Umgebungen mit hohem Druck und hohen Temperaturen. Da die metallische Dichtfläche des Schieberventils eine hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit aufweist, ist seine Lebensdauer in der Regel länger.
Allerdings kann der Schieber des Absperrventils leicht durch Verunreinigungen im Medium verkleben, was sich auch auf seine Haltbarkeit auswirken kann.
Darüber hinaus ist es aufgrund seiner Form und Struktur schwierig, eine vollständige Auskleidung herzustellen. Daher ist der Preis für das gleiche korrosive Medium, egal ob es vollständig aus Metall besteht oder vollständig ausgekleidet ist, viel höher als der eines Absperrschiebers.
5. Durchflussregelung
Durchflussregelung des Absperrventils
Das dreifach exzentrische Absperrventil ermöglicht die Durchflussregelung bei unterschiedlichen Öffnungswinkeln, weist jedoch eine relativ nichtlineare Durchflusskennlinie auf. Insbesondere im Bereich nahe der Vollöffnung ändert sich der Durchfluss stark. Daher eignet sich das Absperrventil nur für Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Regelgenauigkeit; andernfalls ist ein Kugelventil die bessere Wahl.
Durchflussregelung des Schieberventils
Das Absperrventil ist für vollständig geöffnete oder geschlossene Vorgänge optimiert, jedoch nicht für die Durchflussregelung. Im teilweise geöffneten Zustand verursacht der Schieber Turbulenzen und Vibrationen des Fluids, wodurch Ventilsitz und Schieber leicht beschädigt werden können.
6. Installation
Einbau einer Absperrklappe
Die Installation der Absperrklappe ist relativ einfach. Sie ist leicht und benötigt daher während der Installation nicht viel Unterstützung; dank ihrer kompakten Bauweise eignet sie sich besonders für Umgebungen mit begrenztem Platzangebot.
Die Absperrklappe kann in beliebiger Richtung (horizontal oder vertikal) an Rohrleitungen montiert werden, die Strömungsrichtung ist dabei nicht zwingend erforderlich. Bei Hochdruckanwendungen oder großen Durchmessern muss die Absperrklappe während der Montage vollständig geöffnet sein, um Beschädigungen der Dichtung zu vermeiden.
Einbau von Absperrschiebern
Die Installation von Absperrschiebern ist komplexer, insbesondere bei großvolumigen und hartdichtenden Absperrschiebern. Aufgrund ihres hohen Gewichts sind während der Installation zusätzliche Stütz- und Befestigungsmaßnahmen erforderlich, um die Stabilität des Ventils und die Sicherheit des Monteurs zu gewährleisten.
Schieberventile werden üblicherweise in horizontalen Rohrleitungen installiert. Die Strömungsrichtung des Mediums muss für eine korrekte Montage berücksichtigt werden. Zudem ist der Öffnungs- und Schließhub von Schieberventilen, insbesondere bei Schiebern mit steigender Spindel, lang, weshalb ausreichend Platz für die Bedienung des Handrads eingeplant werden muss.
7. Wartung und Instandhaltung
Wartung von Absperrklappen
Absperrklappen bestehen aus weniger Teilen und lassen sich leicht demontieren und montieren, was die Wartung vereinfacht. Bei der täglichen Wartung werden hauptsächlich Alterung und Verschleiß der Ventilplatte und des Ventilsitzes überprüft. Ist der Dichtring stark verschlissen, muss er umgehend ausgetauscht werden. Daher empfehlen wir unseren Kunden den Kauf von Absperrklappen mit austauschbarem, weichem Rücklauf. Auch wenn die Oberfläche der Ventilplatte nicht mehr plan und geschliffen ist und somit keine optimale Abdichtung mehr gewährleistet werden kann, muss sie ausgetauscht werden.
Hinzu kommt die Schmierung der Ventilspindel. Eine gute Schmierung trägt zur Flexibilität und Langlebigkeit der Absperrklappe bei.
Wartung von Absperrschiebern
Schieberventile bestehen aus vielen Teilen und sind insbesondere in großen Rohrleitungssystemen mit hohem Wartungsaufwand schwierig zu demontieren und zu montieren. Bei der Wartung ist besonders darauf zu achten, ob sich der Schieber leichtgängig heben und senken lässt und ob sich Fremdkörper in der Nut des Ventilkörpers befinden.
Ist die Kontaktfläche zwischen Ventilsitz und Ventilkegel verkratzt oder abgenutzt, muss sie poliert oder ausgetauscht werden. Selbstverständlich ist auch die Schmierung des Ventilschafts erforderlich.
Der Wartung der Stopfbuchse sollte mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden als der Wartung der Absperrklappe selbst. Die Stopfbuchse des Schieberventils dichtet den Spalt zwischen Ventilspindel und Ventilkörper ab und verhindert so das Austreten des Mediums. Alterung und Verschleiß der Stopfbuchse sind häufige Probleme bei Schieberventilen. Im Rahmen der Wartung muss daher regelmäßig die Dichtheit der Stopfbuchse überprüft und diese gegebenenfalls nachjustiert oder ausgetauscht werden.
8. Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Absperrklappen und Schieberventile hinsichtlich Leistung, Kosten, Haltbarkeit, Durchflussregelung und Installation jeweils ihre Vor- und Nachteile haben:
1. Prinzip: Absperrklappen zeichnen sich durch schnelle Öffnungs- und Schließzeiten aus und eignen sich für Anwendungen, bei denen ein schnelles Öffnen und Schließen erforderlich ist; Schieberventile hingegen haben lange Öffnungs- und Schließzeiten.
2. Zusammensetzung: Absperrklappen haben eine einfache Struktur, Schieberventile hingegen eine komplexe Zusammensetzung.
3. Kosten: Absperrklappen sind kostengünstiger, insbesondere bei Anwendungen mit großem Durchmesser; Schieber sind teurer, insbesondere bei hohem Druck oder speziellen Materialanforderungen.
4. Langlebigkeit: Absperrklappen weisen eine bessere Langlebigkeit in Niederdruck- und Mitteldrucksystemen auf; Schieberventile bewähren sich gut in Hochdruck- und Hochtemperaturumgebungen, jedoch kann häufiges Öffnen und Schließen ihre Lebensdauer beeinträchtigen.
5. Durchflussregelung: Absperrklappen eignen sich für eine grobe Durchflussregelung; Schieberventile eignen sich besser für vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Vorgänge.
6. Installation: Absperrklappen sind einfach zu installieren und eignen sich sowohl für horizontale als auch für vertikale Rohrleitungen; Schieber sind komplex zu installieren und eignen sich für die Installation in horizontalen Rohrleitungen.
7. Wartung: Die Wartung von Absperrklappen konzentriert sich auf den Verschleiß und die Alterung der Ventilplatte und des Ventilsitzes sowie auf die Schmierung der Ventilspindel. Zusätzlich muss bei Schieberventilen auch die Dichtung instand gehalten werden.
In der Praxis muss die Auswahl von Absperrklappen oder Schieberventilen unter Berücksichtigung der spezifischen Arbeitsbedingungen und Anforderungen umfassend geprüft werden, um optimale Leistung und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.