Konzentrische Absperrklappen

Konzentrische Absperrklappen sind Industriearmaturen für die Ein- und Ausschaltung sowie die Durchflussregelung in Rohrleitungen, die in der Erdöl-, Chemie-, Metallurgie- und Wasserkraftindustrie sowie in anderen Branchen weit verbreitet sind. Ihr charakteristisches Konstruktionsmerkmal ist die koaxiale Ausrichtung von Spindelachse, Scheibenmitte und Ventilkörpermitte. Sie zeichnen sich durch eine einfache Fertigung und ein ausgeglichenes Öffnungs- und Schließdrehmoment aus. Die Ventilspindel befindet sich im geometrischen Mittelpunkt von Gehäuse und Scheibe; die Abdichtung erfolgt hauptsächlich durch direkten Druck der Scheibe gegen einen Gummidichtring mittels elastischer Verformung der Dichtung.

Die Durchflussregelung erfolgt durch Drehen der Scheibe um 0° bis 90° um die Spindel. Herkömmliche Konstruktionen weisen eine geringe Temperaturbeständigkeit der Dichtungsmaterialien sowie starken Verschleiß zwischen Scheibe und Sitz auf, wodurch ihr Einsatz auf Niederdruck- und Umgebungstemperaturbedingungen beschränkt ist. Verbesserte Hochleistungsvarianten kombinieren flexible T-förmige Weichdichtungsringe mit laminierten Edelstahlblechen sowie eine Hartbeschichtung aus Hochtemperaturlegierung auf konisch zulaufenden Dichtflächen. Diese Konstruktion vereint die Vorteile von metallischen Hartdichtungen und Weichdichtungen; integrierte Federbaugruppen gleichen Maßtoleranzen und elastische Verformungen aus und ermöglichen den Einsatz bei hohen Temperaturen, hohem Druck und bidirektionalem Mediumsdurchfluss. Strukturell in konzentrisch und exzentrisch sitzende Typen unterteilt, verwenden diese Ventile weiche Dichtungen (EPDM-Gummi, PTFE usw.) oder harte Metalldichtungen, wobei die Betätigungsoptionen manuell, elektrisch und pneumatisch sind. Pneumatische konzentrische Absperrklappen, die mit Druckluft betrieben werden, zeichnen sich durch eine kompakte Bauweise, gleichmäßige bidirektionale Dichtleistung und geringen Strömungswiderstand aus und kommen vorwiegend bei Betriebsbedingungen unter 1,6 MPa zum Einsatz. Bei der Installation ist eine konzentrische Ausrichtung der Flansche zwingend erforderlich; für den langfristigen geschlossenen Betrieb ist ein regelmäßiger Öffnungs- und Schließvorgang erforderlich, um ein Festkleben zu vermeiden. Die optimierten Konstruktionen wurden auf Großdurchmesser-Spezifikationen ausgeweitet, gepaart mit speziellen Prüfgeräten und patentierten Verbesserungen, wobei Teile der Produkte der Norm API 609 entsprechen.

Konstruktionsmerkmale und Funktionsweise

Ein wesentliches Merkmal konzentrischer Absperrklappen ist die fluchtende Mittellinie von Spindel, Klappenscheibe und Ventilkörper, was zu einem einfachen Aufbau und niedrigen Herstellungskosten führt. Mit Gummi ausgekleidete Absperrklappen fallen in diese Kategorie. Ein wesentlicher Nachteil ist das ständige Reiben und Schaben zwischen Scheibe und Sitz, was zu einem hohen Reibungsmoment und beschleunigtem Verschleiß führt. Die Hauptkomponenten bestehen aus Ventilkörper, Scheibe, Spindel, Sitz und Antrieb. Der Gehäusekörper ist in der Regel einteilig gegossen, während die Dichtungsringe des Sitzes aus elastischen Materialien wie Gummi bestehen und in den Körper eingebettet sind. Die zentral angeordnete Spindel treibt die Scheibe an, sodass diese sich um 0°–90° dreht, um das Ventil vollständig zu öffnen oder zu schließen; die Scheibe ist üblicherweise stromlinienförmig gestaltet, um den Strömungswiderstand zu minimieren. In die Bohrungen an den Enden des Gehäuses eingesetzte Buchsen stützen und schmieren die Ventilstange. Um Kratzschäden zu mindern und eine dichte Absperrung zu gewährleisten, werden für die Sitze meist elastischer Gummi oder PTFE verwendet; solche Elastomermaterialien sind jedoch in ihrem einsetzbaren Temperaturbereich begrenzt – dies erklärt die weit verbreitete Auffassung, dass Standard-Absperrklappen hohen Temperaturen nicht standhalten können.

Beim Schließen des Ventils drückt die rotierende Scheibe auf den Gummisedel und sorgt durch die elastische Verformung der Dichtung für einen dichten Verschluss; dies wird als weiche Kompressionsdichtung bezeichnet. Bei den handradbetätigten Ausführungen treibt die Drehung des Handrads im oder gegen den Uhrzeigersinn die Spindel und die Scheibe um etwa 90° an, wodurch das Ventil mühelos geöffnet oder geschlossen werden kann.

Anwendungsbereich

Konzentrische Absperrklappen werden vorwiegend für Rohrleitungen eingesetzt, die Trinkwasser, Abwasser, Brenngas und Industriegase transportieren, und dienen als Absperr- und Drosselkomponenten in Wasserwerken, Kraftwerken, Stahlwerken, der Papierindustrie, der chemischen Industrie, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in anderen Wasserversorgungs- und Entwässerungssystemen. Dank ihrer einfachen Konfiguration, der ungerichteten Dichtungsbeschränkung, der Typ-I-Zentralsymmetrie mit identischer bidirektionaler Abdichtung, des geringen Strömungswiderstands und des geringen Betätigungsdrehmoments sind pneumatische konzentrische Absperrklappen für den Einsatz im mittleren bis niedrigen Druckbereich ausgelegt und finden breite Anwendung in Systemen unter 1,6 MPa.