Ventiltechnik: Aufbau, Komponenten und Kavitationsmanagement

Ventiltechnik: Aufbau und Komponenten

Ein Ventil ist ein mechanisches Bauteil, das den Durchfluss eines Fluids (Flüssigkeit, Gas, Dampf) in einem System steuert, reguliert oder absperrt. Es besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um diese Funktionen zu erfüllen.

Aktuator (Antrieb)

Der Aktuator ist für die Bewegung des Ventils verantwortlich, entweder manuell (z.B. Handrad) oder automatisch (z.B. elektrisch, pneumatisch, hydraulisch). Er dient als Antriebskopf für die Bewegung der Ventilspindel, die durch die Stopfbuchspackung und die Stopfbuchse geführt wird.

Ventilgehäuse (Body)

Das Ventilgehäuse ist der Hauptteil des Ventils, durch den das Medium strömt. Es umschließt die inneren Komponenten und ist für die Verbindung mit der Rohrleitung zuständig.

Ventilspindel (Rod)

Die Ventilspindel ist ein Element, das für die Übertragung der Bewegung vom Aktuator auf die beweglichen Teile des Ventils (z.B. Ventilkegel) verantwortlich ist.

Ventilkegel (Plugger)

Der Ventilkegel ist ein bewegliches Teil im Strömungsweg, das dazu bestimmt ist, den Durchfluss nach einer bestimmten Kennlinie zu regulieren. Gängige Kennlinien sind schnell öffnend, linear oder isoprozentual.

Ventilsitz (Seat)

Der Ventilsitz bietet die Auflagefläche für den Ventilkegel und ermöglicht das dichte Schließen des Ventils, um den Durchfluss vollständig zu unterbrechen.

Ventilführung (Guide)

Die Ventilführung ist ein Bauteil, das für die präzise Ausrichtung des Ventilkegels mit dem Ventilsitz sorgt, um eine korrekte Funktion und Abdichtung zu gewährleisten.

Stopfbuchspackung (Packing Element)

Die Stopfbuchspackung ist ein Dichtungselement, dessen Aufgabe es ist, das Austreten von Medium entlang der Ventilspindel nach außen zu verhindern.

Stopfbuchse (Gland)

Die Stopfbuchse ist ein Bauteil, das die Stopfbuchspackung gegen die Wände des Gehäuses und um die Spindel herum drückt, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten.

Kavitation in Ventilen

Kavitation ist ein physikalisches Phänomen, das in Flüssigkeiten auftritt und schwerwiegende Folgen für Ventile haben kann.

Was ist Kavitation?

Kavitation ist die Umwandlung eines Teils der zirkulierenden Flüssigkeit in Dampf. Dies geschieht, wenn die Flüssigkeit in den Engstellen des Ventils stark beschleunigt wird, was zu einem lokalen Druckabfall führt. Fällt dieser Druck unter den Dampfdruck der Flüssigkeit, bilden sich Dampfblasen (Verdampfung).

Folgen der Kavitation

Dieser Zustand hält an, solange die Flüssigkeit beschleunigt wird. Sobald die Flüssigkeit das Ventil passiert und sich verlangsamt, steigt der Druck wieder an. Die schlagartige Rückumwandlung der Dampfblasen in die flüssige Phase (Kondensation) erzeugt lokale Druckspitzen und Mikro-Jets. Diese verursachen eine Erosion des Ventilmaterials, was zur Bildung von Löchern und Kanälen führt. Dadurch verliert das Ventil an Kapazität und Regulierfähigkeit und erleidet schwere Schäden.

Vermeidung von Kavitation

Das Auftreten von Kavitation hängt stark von der Druckrückgewinnung des Ventils ab, welche wiederum vom inneren Aufbau des Ventils beeinflusst wird. Es wird ein kritischer Druckabfall definiert, der die Druckrückgewinnung für jede Art von Ventil charakterisiert. Kavitation wird vermieden, indem der Druckabfall im Ventil unterhalb dieses kritischen Wertes gehalten wird.