Was sind die verschiedenen Arten von Stellantriebsventilen?

Zur Positionierung von Ventilen werden so genannte Ventilantriebe eingesetzt, die ein Ventil vollständig öffnen und schließen können. Sie können verwendet werden, um die Position des Ventils in Anwendungen zu regulieren, die eine konstante und genaue Steuerung erfordern, wie z. B. die Steuerung des Flüssigkeitsstroms zu einer Gasturbine.

In der Verfahrenssteuerung werden Ventile eingesetzt, um den Durchfluss von Flüssigkeiten zu öffnen, zu schließen oder teilweise zu drosseln und gleichzeitig den Leitungsdruck zu steuern. Die Hersteller von pneumatischen Stellantriebsventilen stellen verschiedene Arten von Stellantriebsventilen in unterschiedlichen Größen und Modellen her. In diesem Leitfaden finden Sie Informationen über die verschiedenen Arten von Antriebsventilen. 

Was ist ein Ventilaktuator? 

Eine mechanische Vorrichtung, die ein Gerät wie ein Steuerventil verschiebt oder regelt, wird als Ventilantrieb bezeichnet. Stellantriebe ersparen dem Bedienpersonal das physische Bewegen jedes Ventils, das neu positioniert werden muss. Ventilantriebe werden zur Steuerung von Ventilen verwendet, und der Antrieb kann von einem Ort wie der Leitwarte aus ferngesteuert werden.

Ventilantriebe erleichtern das schnelle und korrekte Betätigen der Ventile. Stellantriebe für Regelventile werden bei Durchflussregel- oder Drosselventilen eingesetzt. Durchflussregelventile werden typischerweise als Regelventile bezeichnet, da sie den Durchfluss automatisch reduzieren. Es gibt viele Antriebsventil-Typen über die man sich im Klaren sein muss. 

Stellantriebe sind eine gängige Komponente in einer Vielzahl von Prozessfabriken und werden zur Automatisierung von Industriearmaturen eingesetzt. Sie werden in Pipelines, Lebensmittelfabriken, im Bergbau, bei nuklearen Verfahren, in Kraftwerken, Raffinerien und Kläranlagen eingesetzt. Bei der Automatisierung der Verfahrenssteuerung sind Ventilantriebe von entscheidender Bedeutung. Die automatischen Ventile gibt es in verschiedenen Formen und Größen. Die Durchmesser der Ventile variieren von 1/100 Zoll bis zu vielen Fuß Durchmesser. 

Arten des Ventilbetriebs 

Der erste Schritt bei der Auswahl des richtigen Stellantriebs besteht darin, die Funktionsweise eines Ventils genau zu verstehen. Regelventile gibt es in einer Fülle von Varianten. Es gibt jedoch zwei Hauptwege, auf denen ein Ventil aus der Sicht eines Ventilantriebs funktioniert. 

• Drehbetrieb (Vierteldrehung) 

Sie gilt für Absperrklappen, Kugel- und Kükenhähne. Dazu gehören auch Vierteldrehklappen. Da die Bedienung recht einfach ist und nur eine 90-Grad-Drehung mit dem richtigen Drehmoment erfordert, sind diese Arten von Armaturen mit dem richtigen Antrieb in der Regel einfacher zu installieren. 

• Multi-Turn-Betrieb 

Um das Schließelement der Armatur von der offenen in die geschlossene Stellung zu bringen, verfügen diese Armaturen über steigende nichtdrehende Spindeln oder nichtsteigende drehende Spindeln. Durchgangsventile, Schieber, Plattenschieber, Absperrschieber und andere Armaturentypen sind nur einige Beispiele, die zu dieser Gruppe gehören.

Steuerungsart und Funktion des Ventils

Bei der Auswahl von Ventilantrieben ist es wichtig, die Bewegung des Ventils und die Art der Bedienung zu berücksichtigen. 

• Ventil Steuerungsmethode

Kugelhähne, Absperrklappen und Kükenhähne sind Beispiele für drehende Ventile oder Drehventile, die sich vor dem Schließen mindestens eine Viertelumdrehung drehen. 

Absperrschieber, Quetschventile, Durchgangsventile, Membranventile, Eckventile oder lineare Ventile haben eine gleitende Spindel, die das Verschlusselement schiebt, um leer zu bleiben oder zu schließen. Es ist möglich, dass die Ventilspindel mit und ohne Drehung schwankt.

• Ventil Funktion 

Die druckluftbetätigte Ventile kann auf eine von zwei Arten funktionieren:

• Start- oder Stoppventile, manchmal auch als Ein- oder Ausschalt- oder Absperrvorrichtungen bezeichnet, beschränken die Bewegung des Stellantriebs auf vorgegebene offene und geschlossene Positionen.
• Geräte, die die Bewegung drosseln oder steuern, geben Ventilen die Möglichkeit, nach Bedarf gedrosselt zu werden. Diese Art von Antrieb arbeitet mit einem Stellungsregler zusammen, um die gewünschte Position präzise anzufahren. 

Handbetätigte Ventilantriebe 

Manuelle Armaturenantriebe können eine Armatur in die richtige Stellung bringen, ohne eine externe Energiequelle zu nutzen. Stattdessen betätigen sie eine Reihe von Zahnrädern, deren Prozentsatz ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, das größer ist als das Eingangsdrehmoment, indem sie ein Handrad, ein Kettenrad, einen Hebel oder eine auskuppelbare Vorrichtung verwenden. Schneckengetriebe sind mechanische Vorrichtungen, die eine Bewegung zwischen sich nicht schneidenden, rechtwinkligen Achsen verteilen und von vielen manuellen Armaturenantrieben verwendet werden.

Der Vorteil eines manuellen Ventilantriebs ist, dass er kostengünstig, zuverlässig und unabhängig von einer Stromquelle ist. Sie sind in der Regel in sich geschlossen, und da sie sich mit einer ähnlichen Bewegung öffnen und schließen, ist es häufig einfach, einen Fehler oder die Fehlerquelle zu erkennen. Der größte Nachteil ist, dass sie jedes Mal manuell gesteuert werden müssen, da sie nicht automatisiert sind. 

Typen 

• Basis-Hebel

Der Grundhebel ist die Handbetätigung, die am häufigsten bei kleinen Vierteldrehventilen verwendet wird. Das Ventil kann mit Hilfe eines langen Griffs, der an der Spindel befestigt ist, gedreht werden. Diese können bei sehr kleinen Ventilen, bei denen keine Hebelwirkung erforderlich ist, gegen ovale, t-förmige oder anders geformte Knöpfe ausgetauscht werden.

• Einrastbarer und abschließbarer Hebelgriff 

Es hat einen Griff am Hebel, der verhindert, dass sich das Ventil versehentlich öffnet oder schließt. 

• Ovale Griffe 

Für Anwendungen, bei denen sich das Ventil in der Nähe anderer Geräte befinden kann, gibt es eine Alternative mit einem kleinen Griff. Die Anordnung verringert die Wahrscheinlichkeit, dass das Ventil unbeabsichtigt geöffnet oder abgeschaltet wird. 

• Hand-Räder 

Bei größeren Armaturen, die ein hohes Drehmoment erfordern, werden häufig Handräder eingesetzt, und bei Klappen werden sie häufig als Stellantriebe verwendet. Kettenräder können in ein Getriebe eingebaut werden, um eine einfache Funktion auf dem Boden zu ermöglichen, wenn eine Armatur zu hoch liegt, um sie zu erreichen.

• Manuelle Ventile mit Endschaltern

Handbetätigte Armaturen erfüllen häufig Aufgaben, die keine automatische Betätigung erfordern, deren aktuelle Stellung dem System aber dennoch bekannt sein muss. In diesen Fällen werden Handarmaturen mit Endschaltern oder Stellungsanzeigen eingesetzt. Die Schalter informieren das Leitsystem über die aktuelle Stellung der Armatur, obwohl diese noch manuell betätigt wird. 

Pneumatische Ventilantriebe 

Pneumatische Stellantriebe nutzen Druckluft, um ein Ventil zu drehen. Sie erreichen dies, indem sie Luftdruck auf einen Kolben oder eine Membran ausüben, der/die an der Ventilstange befestigt ist. Aufgrund ihrer Langlebigkeit und einfachen Konstruktion sind pneumatische Stellantriebe die am häufigsten verwendeten Geräte für die automatische oder halbautomatische Betätigung von Ventilen.

Um die Steuerung eines Ventils zu automatisieren, benötigt die pneumatische Betätigung eine Energiezufuhr aus Druckluft oder Gas. Obwohl diese Art der Betätigung keinen Motor erfordert, wird Energie benötigt, wenn das Teil in Verbindung mit einem Magnetventil oder einem eingebauten Pilotventil verwendet wird.

Typen 

Der Luftdruck wird von pneumatischen Ventilantrieben in eine lineare oder rotierende Bewegung umgewandelt, die dann die Ventilstellung verändert. 

• Kolbenventil-Stellantrieb 

Wenn der Hub eines Membranantriebs zu gering ist oder die Schubkraft nicht ausreicht, werden Kolbenantriebe eingesetzt. Ein massiver Kolben in einem massiven Zylinder ist folgenden Kräften ausgesetzt komprimierte Luft. Die vernünftigen Konstruktionen treiben den Kolben nach oben, indem sie Luft in eine zentrale Kammer pressen. 

Die Rückstellfeder bewirkt, dass sich die Welle in die entgegengesetzte Richtung bewegt, wenn der Luftdruck abgelassen wird. Da es keine Rückstellfeder gibt, sind auch die doppelt wirkenden Modelle der Kolbenantriebe zugänglich, bei denen die Luft auf beiden Seiten des Kolbens zugeführt werden kann.

• Membranventil-Stellantrieb 

Ein Membranantrieb ist ein Gerät, das Druckluft verwendet, um eine dünne, flexible Membran zu bewegen. Da die Membran nur in eine Richtung mit Luft beaufschlagt wird, gibt es einfach wirkende Modelle. Diese Stellantriebe können entweder direkt oder umgekehrt wirken. Pneumatische Ventilantriebe haben den Vorteil, dass sie leistungsstark, leicht, einfach und schnell sind. Der Nachteil ist, dass eine präzise Positionssteuerung nicht möglich ist, es sei denn, es handelt sich um vollständige Anschläge. 

• Doppeltwirkende Ventile 

Die fraglichen Ventile werden mit Druckluft betrieben. Bei einem Stromausfall kehrt der Kugelhahn in seinen geschlossenen Zustand zurück. Doppeltwirkende Ventile eignen sich perfekt für Anwendungen mit niedrigen bis hohen Zykluszahlen. 

• Feder-Rückschlagventile 

Eine ausfallsichere Feder sorgt dafür, dass der Kugelhahn in einem Kugelhahn mit Federrückstellung geschlossen bleibt, während Luft zum Entriegeln des Hahns verwendet wird. Sie garantiert, dass das Ventil im Falle eines Stromausfalls oder eines Ausfalls der Druckluft geschlossen bleibt. Diese Ventile sind für Anwendungen mit niedrigen bis mittleren Taktraten konzipiert.

• Magnetventile 

Der Luftstrom des pneumatischen Stellantriebs wird durch diese Ventile geregelt. Das Stellglied kann mit Magnetventilen ferngesteuert oder bündig mit dem Stellglied selbst montiert werden. Magnetventile werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen zahlreiche pneumatisch betätigte Ventile zum Einsatz kommen, so dass nicht für jedes einzelne Stellglied ein Magnetventil erforderlich ist. 

Elektrische Ventilantriebe 

Die elektrischen Ventilantriebe werden auf die Ventile montiert und verwenden eine externe Stromquelle, um die Ventile nach Erhalt eines Signals automatisch in die ideale Position zu schieben. Um das erforderliche Drehmoment zu erzeugen, wird ein Satz von Getrieben durch Einphasen-, Dreiphasen-, Wechselstrom oder DC-Motoren. Die am häufigsten verwendeten Antriebe sind elektrische Ventilantriebe, da sie eine hohe Präzision und schnelle Reaktionszeiten aufweisen.

Typen 

Elektrische Ventilantriebe lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Drehantriebe und Linearantriebe. Spezielle Ventile werden von bestimmten Antriebsarten verwendet.

• Elektrische Drehantriebe für Ventile

Für Kugel-, Klappen- und Kükenhähne, die sich vom Öffnen bis zum Schließen um mindestens eine Viertelumdrehung drehen, werden elektrische Drehantriebe verwendet. Anwendungen in Hochleistungs-Schaltanlagen, in der Stromwirtschaft und in der Verpackungsindustrie nutzen elektrische Drehantriebe für Ventile.

• Lineare elektrische Ventilantriebe

Bei Schieber-, Quetsch-, Durchgangs-, Membran- und Eckventilen, die eine bewegliche Spindel haben, die das Ventil öffnet oder schließt, werden lineare elektrische Ventilantriebe verwendet. Stellantriebe für lineare elektrische Ventile arbeiten effektiv, wenn sie mit kleinen Toleranzen arbeiten. 

Hydraulische Ventilantriebe 

Hydraulische Stellantriebe sind hydraulische Geräte, die durch unter Druck stehende Flüssigkeiten wie Hydraulikflüssigkeit angetrieben werden. Die hydraulisch betätigte Ventile sind bei gleicher Größe in der Regel leistungsfähiger als pneumatische Antriebe.

Typen 

• Drehantriebe für Hydraulikventile 

Mit einer Vierteldrehung oder mehr vom Öffnen bis zum Schließen werden Drehantriebe für Armaturen mit Drehbewegung wie Klappen, Kugelhähne und Küken eingesetzt. Als Schließelement dient in der Regel eine Scheibe oder eine Ellipse, die sich um eine winkelförmige Welle dreht. 

Zu den Spezifikationen für Drehschieber gehören:

• Drehmoment des Stellantriebs: Die Kraft, die erforderlich ist, um eine Drehbewegung zu bewirken, wird als Drehmoment bezeichnet. Die aufgebrachte Kraft multipliziert mit dem Abstand zwischen dem Drehpunkt und dem Punkt der Kraftanwendung ergibt die Antwort. 
• Drehbarer Bewegungsbereich: Typische Drehbewegungsbereiche sind 90 Grad (Vierteldrehungen), 180 Grad, 270 Grad und 360 Grad (Multiturn).

• Lineare hydraulische Ventilantriebe 

Linearantriebe verschieben eine Spindel, die das Schließelement steuert, um Linearventile wie Schieber, Quetschventile, Durchgangsventile und Membranventile zu bewegen. 

Die Spezifikationen für Ventile mit linearer Bewegung umfassen:

• Hublänge des Ventilschafts: Der Begriff "Hub" bezieht sich auf die Strecke, die ein Ventil von seiner vollständig geöffneten bis zu seiner vollständig geschlossenen Stellung zurücklegen muss. Hat der gewählte Antrieb einen geringeren Hub als die Armatur, so gibt der Antrieb den Hub einer betätigten Armatur vor. Wird ein Antrieb mit einem geringeren Hub als das Ventil verwendet, wird das Ventil "kurzhubig", und es kann sein, dass nicht der gesamte CV-Wert des Ventils erreicht wird. 
• Betätigungskraft oder Dichtungsdruck: Die Kraft des Stellantriebs, auch als Dichtungsdruck bezeichnet, ist erforderlich, um das Schließelement zu schließen und geschlossen zu halten, indem es gegen den Systemdruck drückt. 

Was sind die Funktionen von Ventilantrieben? 

Die Aktuatortypen sollten die folgenden Funktionen haben: 

• Um den Schließmechanismus sowohl in sanften als auch in drastischen Situationen bewegen zu können, müssen die Aktuatoren die richtige Richtungssteuerung und ein ausreichendes Drehmoment oder eine ausreichende Schubkraft aufweisen.
• Halten Sie das Ventil gezielt geschlossen. Antriebe sollten über die erforderliche Federspannung, Flüssigkeitskraft oder mechanische Steifigkeit verfügen, um die Armatur auch bei Drosselvorgängen, bei denen Flüssigkeiten ein unnötiges Drehmoment auf die Armatur ausüben, geschlossen zu halten.
• Setzen Sie die Klappe ordnungsgemäß ein. Absperrklappen gelten als richtig eingesetzt, wenn die Klappenscheibe in der Auskleidung oder dem robusten Sitz sitzt. 
• Je nach Anwendung sollten Ventilantriebe in der Lage sein, im Falle einer Katastrophe oder eines Systemausfalls vollständig zu öffnen, zu schließen oder in der geöffneten Stellung zu bleiben.

• Die Mehrzahl der Ventile muss um 90 oder 180 Grad gedreht werden. Die Kenntnis des erforderlichen Drehweges hilft Ihnen bei der Auswahl des besten Ventilantriebs.
• Die Fähigkeit, mit der erforderlichen Geschwindigkeit zu arbeiten. Der Ventilantrieb wird durch die Zyklusgeschwindigkeit gesteuert.

Was sind die Spezifikationen des Stellantriebsventils?

Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Angaben zu Ventilantrieben:

Spezifikationen für Drehantriebe 

Rotationsbewegungen oder Drehmomente werden durch Drehantriebe erzeugt. Das mechanische Gerät dreht sich, indem es eine Bewegung in eine einzige Richtung erzeugt. Die Servo- oder Schrittmotoren werden eingesetzt, um den Aktuator auf einen festen Winkelpunkt einzustellen, während die elektrischen Versionen des Drehantriebs sich kontinuierlich drehen. 

Ein Gestell mit Zylinderkolben an jedem Ende steuert ein Ritzel, das von einem Gehäuse in einem Zahnstangenantrieb getragen wird. Zahnstangen gibt es in Einzel-, Doppel- und Mehrfachausführungen. Aktuatoren mit Zahnstangen und Ritzel arbeiten in der Regel mit einem Wirkungsgrad von 85 bis 90 Prozent. Sie können sich zwischen wenigen Grad und fünf Umdrehungen oder mehr drehen und eine große Bandbreite an Drehmomenten bewältigen.

Drehantriebe mit Drehungen von 90 Grad, 180 Grad oder 360 Grad können bei Drücken von bis zu 210 bar bei hydraulischen Antrieben und 18 bar bei pneumatischen Antrieben eingesetzt werden. Aufgrund der ungleichmäßigen statischen Druckverteilung auf das Schließelement (Spinning) einer Schwenkarmatur bewegt sich das Medium und erzeugt ein dynamisches Drehmoment. 

Der Druck ist proportional zu der resultierenden Kraft, die im gleichen Abstand von der Spindelachse wirkt, da der Druck nicht gleichmäßig verteilt ist. Auf die Armaturenspindel wirkt ein dynamisches Drehmoment, das das Produkt aus der jeweiligen resultierenden Kraft und ihrem Korrekturabstand ist. Der Ventilantrieb kann davon profitieren oder behindert werden. Bleibt das Reibungsmoment unkontrolliert und ist kleiner als das dynamische Drehmoment, führt es zu einer Drehbewegung.

Der häufigste Grund für das Versagen von Drehantrieben ist das Auftreten von Stoß- und Stoßdrücken, die den maximalen Nennbetriebsdruck des Geräts überschreiten. Stellantriebe mit Drehgeschwindigkeiten von mehr als 10 U/min, solche, die schwere Massen in der horizontalen Ebene steuern oder die sich über ihre Mitte verschieben, und solche, die lange Hebelarme betätigen, fallen häufig aus. 

Spezifikationen für Linearaktuatoren 

Eine als Linearantrieb bekannte Baugruppe erzeugt Kraft und Bewegung in einer geraden Linie. Um diese Bewegung zu erzeugen, verwenden Linearaktuatoren eine Reihe verschiedener Techniken und eine äußere Energiequelle. Mechanische, elektrische, hydraulische und pneumatische Aktuatoren können als Linearaktuatoren ausgeführt werden.

Andere Arten von Aktuatoren sind auf rotierende Motoren angewiesen, um eine lineare Bewegung zu erzeugen, während hydraulische und pneumatische Aktuatoren dies auf natürliche Weise tun. Zu den Leistungsanforderungen für Linearantriebe gehören die Hublänge der Armaturenspindel, die Betätigungsdauer, die Anzahl der Umdrehungen und der Antriebsdruck bzw. der Sitzdruck.

Hublänge der Ventilstange: Die Länge des Ventilspindelhubs wird als die Strecke bezeichnet, die das Ventil zurücklegen muss, um vollständig zu schließen. Wenn der gewählte Stellantrieb einen geringeren Hub als das Ventil hat, wird der Stellantrieb den Hub eines aktivierten Ventils ableiten. Wird ein Stellantrieb verwendet, der einen geringeren Hub als das Ventil hat, wird das Ventil "kurzhubig". 

Betätigungszeit: Dies ist die Zeit, die das Hubventil benötigt, um vollständig zu schließen. 

Kraft des Aktuators: Die Betätigungskraft oder der Schließdruck ist die Kraft, die der Antrieb benötigt, um das Schließelement unter dem Druck des Systems zu schließen und geschlossen zu halten. 

Tragfähigkeit: Aktuatoren können sowohl statische als auch bewegliche Lasten aufnehmen. Die Fähigkeit eines Aktuators, eine bestimmte Last zu tragen, wenn das System stationär ist, wird als statische Tragfähigkeit bezeichnet. Die Last, die ein Aktuator in der Praxis aufnehmen kann, wird als seine dynamische Tragfähigkeit bezeichnet.

Was man über die Faktoren für die Verwendung von Ventilantrieben wissen sollte 

Um den richtigen Ventilantrieb auszuwählen, ist es wichtig, die Nutzungsfaktoren zu berücksichtigen. Einige dieser Faktoren sind hier aufgeführt. 

• Kompatibilität 

Es ist zu überlegen, welche Art von Stromquelle zur Verfügung steht. Für den Betrieb der elektrischen Stellantriebe wird Strom benötigt. Die rationellste Lösung ist ein pneumatischer oder hydraulischer Ventilantrieb, wenn keine unmittelbare Stromquelle vorhanden ist. Der Versorgungsdruck für pneumatische Stellantriebe muss zwischen 40 und 120 psi liegen.

Höhere Drücke können schwierig zu erreichen sein. Um das erforderliche Drehmoment bei geringerem Druck zu erreichen, muss eine Membran oder ein Kolben einen größeren Durchmesser haben. Während Ventilantriebe mit Gleich- und Wechselstrommotoren in verschiedenen Leistungsgrößen erhältlich sind, benötigen elektrische Antriebe eine 110-VAC-Stromquelle.

• Temperaturbereich 

Elektrische Stellantriebe können bei Temperaturen zwischen -40 und 150 Grad Celsius eingesetzt werden. Wenn die richtigen Dichtungen, Fette und Lager verwendet werden, können pneumatische Stellantriebe in einem Temperaturbereich von -40 bis 250 Grad Celsius arbeiten. In der Regel können sie jedoch bei Temperaturen zwischen -40 Grad Celsius und 150 Grad Celsius eingesetzt werden. 

• Gefährliche Regionen 

Aufgrund ihrer Explosionssicherheit werden pneumatische Stellantriebe häufig in gefährlichen oder schädlichen Atmosphären eingesetzt. Elektrische Stellantriebe können jedoch eingesetzt werden, wenn keine Druckluft zur Verfügung steht oder wenn ein pneumatischer Stellantrieb bestimmte Betriebsanforderungen nicht erfüllen kann. Für elektrische Stellantriebe, die an gefährlichen Orten eingesetzt werden, sind NEMA VII-Gehäuse erforderlich, um sie vor Ausbrüchen zu schützen.

Schlussfolgerung 

Ventilantriebe sind von den Ventilen abhängig und nutzen eine externe Energiequelle, um ein Ventil in die richtige Position zu bringen. Die Wahl des richtigen Ventilantriebs ist entscheidend, um die Anlagensicherheit zu verbessern, die Betriebszeit zu erhöhen und die Wartungskosten zu senken. 

Die Mehrheit der Arten von Antriebsventilen sind immer geschmiert, und die Luft in Gerätequalität ist optimal für ihren Betrieb. Darüber hinaus können sie mit Motorschutz, digitalen Kommunikationsfunktionen und Ortungstools ausgestattet werden. Stellen Sie sicher, dass Kontakt eine Hersteller von Industriearmaturen um robuste und qualitativ hochwertige Ventile zu erhalten.