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Was ist ein Segmentkugelhahn?

Ein Segmentkugelhahn ist eine Art Kugelhahn mit einem V-förmigen Kontursegment in der Kugel. Segmentkugelhähne sind Regelventile mit guter Regel-, Stell- und Absperrfähigkeit. Dieses Ventil ist in der Lage, eine hohe Kapazität und eine verstopfungsfreie Durchflussregelung zu gewährleisten. Hersteller von Segmentkugelhähnen entwerfen die Kugel mit speziellen Konturen, um die Kapazität, die Absperrintegrität und die Lebensdauer der Dichtungen zu verbessern. Segmentkugelhähne gelten als wirtschaftlich und leistungsstark. Diese Ventile können unterschiedlichster Art sein, von kleinen und leichten Ventilen bis hin zu großen, schweren Ventilen. Die leichten Ventile sind einfach zu montieren und zu handhaben. Die schweren Segmentkugelhähne werden in rauen Umgebungen zur optimalen Steuerung und für Auf/Zu-Anwendungen eingesetzt. Aufgrund dieser Eigenschaften finden Segmentkugelhähne in vielen Branchen Anwendung, beispielsweise in der Papier- und Zellstoffindustrie, Raffinerien und petrochemischen Dienstleistungen. Diese Ventile sind langlebig und zuverlässig, selbst wenn sie in rauen Umgebungen eingesetzt werden.

Abbildung: Hersteller von Segmentkugelhähnen

Komponenten des Segmentkugelhahns

Einige der Hauptkomponenten des Segmentkugelhahns sind:

Ventilgehäuse 

Dies ist die Komponente, in der alle internen Komponenten des Segmentkugelhahns untergebracht sind. Dieses Teil besteht aus starren und harten Materialien, thermoplastisch beschichteten Metallmaterialien oder Thermoplasten, um Komponenten des Ventils zu schützen. Dieser Teil ermöglicht es den externen Komponenten auch, auf den Steuermechanismus zuzugreifen, um die Kugel zu drehen und so den Durchfluss zu öffnen oder zu schließen.

Segmentball 

Dies ist ein V-förmig konturierter Ball. Diese Segmentkugel dient als Öffnung für den Flüssigkeitsfluss. Die Segmentkugel erzeugt durch Scherwirkung Strömungseigenschaften.

Wellen 

Die Wellen werden verwendet, um den Steuermechanismus des Segmentkugelventils zu verbinden, um die segmentierte Kugel zu drehen. Die Wellen sind mit Packungsringen und O-Ringen ausgestattet, die zur Abdichtung der Welle beitragen, sowie mit einer Haube, um Leckagen zu verhindern. Die Welle kann manuell mit einem pneumatischen oder elektrischen Antrieb betätigt werden.

Sitz 

Der Sitz dient der Abdichtung zwischen Segmentkugelventilkörper und Segmentkugel.

Lagerdichtungen

Diese Dichtungen schützen metallische Lager vor dem Eindringen von Flüssigkeiten.

Wie funktioniert ein Segmentkugelhahn? 

Ein Segmentkugelhahn ist ein Kugelhahn mit Vierteldrehung. Es funktioniert ähnlich wie ein Exzenterkegelventil. Das Ventil verfügt über Schäfte, die dazu beitragen, den mittleren Strömungsweg zu vergrößern. Eine Antriebswelle ist mit einer Seite der Kugel verbunden und eine Folgewelle ist mit der gegenüberliegenden Seite verbunden. Wenn sich die Antriebswelle dreht, dreht sich die segmentierte Kugel und gibt den Strömungsweg über die V-Kerbe frei. Die Verwendung einer V-Kerbe verbessert einen großen Bereich des Flüssigkeitsdurchflusses, da bei geringem Hub ein kleiner Durchflussbereich vorhanden ist und der maximale Hub einen großen Durchflussbereich ermöglicht. Segmentkugelhähne können zwei Endanschlüsse für das Gehäuse haben, nämlich den Flansch und die Flanschanschlüsse.

Arten von Segmentkugelhähnen

Segmentkugelhahn mit seitlichem Eingang 

Der Segmentkugelhahn mit seitlichem Eingang ist ein Hochleistungsventil. Dieses Ventil basiert auf dem Kugelhahntyp O. Der Kugelhahn mit seitlichem Eingang hilft bei der Förderung von Fest-Gas- und Fest-Flüssigkeits-Zweiphasenmedien. Dies bedeutet, dass dieses Ventil den Durchfluss von Feststoffen und Flüssigkeiten oder Gasen und Feststoffen bequem steuern kann.

Merkmale von Segmentkugelhähnen mit seitlichem Eingang sind:

• Einfache Operation. Dies liegt daran, dass der Segmentkugelhahn berührungslos von seinem Sitz wegbewegt werden kann und somit ein geringes Anlaufdrehmoment aufweist.
• Der Segmentkugelhahn mit seitlichem Eingang verfügt über einen Ventilkörper mit geradem Durchgang, der dafür sorgt, dass der Mediumfluss bei vollständiger Öffnung linear bleibt. Dies trägt dazu bei, den Energieverlust im Vergleich zu anderen Ventilen zu reduzieren.
• Der Segmentkugelhahn mit seitlichem Eingang verfügt über eine doppelte exzentrische Struktur, wodurch der Segmentkugelhahn perfekt abgedichtet und dicht verschlossen ist.
• Wenn der Kugelhahn mit seitlichem Eingang geschlossen ist, kann seine Scherkraft Fremdkörper entfernen und ist daher für seine Anti-Skalierungs-Leistung bekannt.
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Abbildung: Segmentkugelhahn mit seitlichem Eingang

Segmentkugelhahn mit oberem Eingang 

Der Segmentkugelhahn mit oberem Eingang ist ein Ventil, das für den Einsatz in der Pharma-, Chemie- und Lebensmittelverarbeitung geeignet ist, wo eine hervorragende und schnelle Reinigung erforderlich ist. Dieser Segmentkugelhahn hat bestimmte Vorteile, die ihn in Branchen bevorzugt machen, die saubere Produkte benötigen, wie zum Beispiel:

• Einfache und schnelle Reinigung des Innenraums und der Rohrleitungsteile ohne Ausbau des Ventils.
• Schneller und einfacher Austausch verschlissener Teile.
• Im Inneren des Gehäuses befinden sich keine Ersatzteile

Merkmale von Segmentkugelhähnen 

Integrierter Ventilkörper 

Hersteller von Segmentkugelhähnen konstruieren die Ventile in einem einteiligen Gehäuse. Dies trägt zu einer größeren Steifigkeit gegenüber Schwankungen der Rohrlasten bei. Diese Ventile verfügen über eine Struktur mit seitlichem Eingang, die die Steifigkeit erhöht und trotz hoher Beanspruchung durch Flüssigkeit und Schließdrehmoment Leckagen und Verformungen erschwert.

Segmentball 

Hersteller von Segmentkugelhähnen stellen Ventile mit einer V-Port-Segmentkugel her. Dies trägt dazu bei, ein breites Spektrum an Möglichkeiten zur Steuerung des Flüssigkeitsflusses bereitzustellen. Dadurch eignet sich das Ventil für Drosselanwendungen mit hoher Konsistenz und Sirupleistungen. Das Segment ist so konzipiert, dass es einen optimalen Durchfluss gewährleistet und seine hartbeschichtete Kugelfläche verhindert ein Festfressen.

Selbstschmierendes Lager 

Die Konstruktion von Segmentkugelhähnen verwendet Doppellager am unteren und oberen Ventilschaft, um eine gute Stabilität zu gewährleisten. Dadurch wird die Kontaktfläche mit dem Schaft größer, der niedrige Reibungskoeffizient und die hohe Tragfähigkeit verbessert und das Betriebsdrehmoment verringert.

Weicher und metallischer Dichtsitz 

Hersteller von Segmentkugelhähnen stellen die Ventile entweder mit PTFE- oder Metallsitzen her. Das Material richtet sich nach dem vorgesehenen Durchflussmedium. Die Dichtflächen der Metallsitze werden mit einer harten und starken Legierung überzogen, während die Oberfläche der Kugel unter anderem durch Hartverchromen und Plasmanitrieren gehärtet wird. Dies trägt dazu bei, die Lebensdauer der Dichtfläche zu verlängern und die Temperaturbeständigkeit zu verbessern. Sitze aus PTFE oder RPTFE verfügen über eine hervorragende Dichtungsleistung, eine gute Korrosionsbeständigkeit und sind vielseitig einsetzbar.

Wirtschaftliche Praktikabilität 

Hersteller von Segmentkugelhähnen sind bestrebt, diese Ventile so leicht wie möglich und mit geringem Spindeldrehmoment herzustellen. Aufgrund dieser kritischen Konstruktionsparameter kann das Ventil mit kleinen elektrischen oder pneumatischen Stellantrieben installiert werden und ist im Vergleich zu Regelventilen kleinerer Größe oder anderer Klassen kostengünstig.

Auswahl an Segmentkugelhähnen 

Art der Operation 

Dies ist der Fall, wenn über die Art des Mechanismus entschieden werden soll, der den Aktuator antreibt. Der Antrieb kann manuell, pneumatisch oder elektrisch sein. Der Antriebstyp hängt von der verfügbaren Energiequelle, zum Beispiel Strom oder Druckluft, sowie dem erforderlichen Drehmoment ab. Pneumatische Stellantriebe bieten hohe Drehmomentwerte, während elektrische Stellantriebe hohe Anschaffungskosten verursachen, ihre Betriebskosten jedoch im Vergleich zu pneumatischen Stellantrieben niedriger sind.

Gehäusematerial 

Der Segmentkugelhahn sollte so beschaffen sein, dass das zur Herstellung des Gehäuses verwendete Material mit den zu regelnden Medien kompatibel ist. Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften, wie zum Beispiel:

Messing ist für nicht korrosive und neutrale Medien geeignet, langlebig, hochtemperaturbeständig, nicht geeignet für Salzwasser, Säuren und Chloride.

Edelstahl ist chemikalienbeständig, abriebfest und hochtemperaturbeständig, jedoch nicht gut gegen Chloride, Salzsäuren, Bleichmittel und Brom.

PVC-Material eignet sich gut für korrosive Flüssigkeiten wie Säuren, Salzwasser, Basen und organische Lösungsmittel. Allerdings ist es nicht beständig gegen chlorierte und aromatische Kohlenwasserstoffe. Die Temperatur- und Druckbeständigkeit von PVC ist im Vergleich zu Messing und Edelstahl geringer.

Druckrate 

Der ausgewählte Kugelsegmenthahn sollte während des Betriebs maximalem und minimalem Flüssigkeitsdruck standhalten können. Die Druckstufe des Segmentkugelhahns wird durch das Material bestimmt, aus dem das Gehäuse gefertigt ist. Starke Materialien wie Edelstahl können im Vergleich zu PVC-Material hohem Druck standhalten.

Arbeitstemperaturen 

Unterschiedliche Werkstoffe für Segmentkugelhähne halten unterschiedlichen Temperaturniveaus von Minimal- bis Maximalwerten stand. Der Temperaturbereich des Segmentkugelhahns wird durch das Dichtungs- und Gehäusematerial bestimmt. Messingmaterial hält Temperaturen im Bereich von 20 °C bis 60 °C stand, Edelstahlmaterial hält Temperaturen im Bereich von -40 °C bis 220 °C stand, während PVC-Segmentkugelhähne Temperaturen zwischen -10 °C und 60 °C standhalten °C.

Normen und Zulassungen 

Abhängig von der Verwendung des Segmentkugelhahns müssen die Ventilhersteller möglicherweise bestimmte Standards von Regulierungsbehörden befolgen. Dies ist häufig für Ventile erforderlich, die in Trinkwasser, Lebensmitteln, Arzneimitteln oder Gas eingesetzt werden.

Antriebe für Segmentkugelhähne 

Der Segmentkugelhahn kann zum Öffnen und Schließen verschiedene Arten von Antrieben verwenden. Zu den Antriebstypen, die von diesen Ventilen verwendet werden können, gehören manuelle, pneumatische und elektrische Antriebe.

Manueller Antrieb für Kugelsegmentventile 

Hierbei handelt es sich um einen Segmentkugelhahnantrieb, der von Menschenhand angetrieben wird. Dieser Aktuatortyp verfügt über einen Griff, bei dem der Bediener ein Drehmoment ausübt, um den Griff zu drehen und so den Ventilmechanismus zu drehen, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen.

Pneumatischer Zahnstangenantrieb 

Pneumatische Zahnstangenantriebe sind Antriebe, die in Segmentkugelhähnen zum Öffnen, Drehen und Schließen des Ventils je nach Bedarf verwendet werden. Diese Aktuatoren wandeln die Energie der Druckluft mithilfe von Pneumatikzylindern in eine oszillierende Drehbewegung um. Diese Aktuatoren benötigen trockenes, sauberes und verarbeitetes Gas, das von einer zentralen Druckluftstation bereitgestellt wird.

Elektrischer Antrieb

Diese Antriebe werden in Segmentkugelhähnen eingesetzt, um das Schließen und Öffnen des Ventils zu steuern. Diese Aktuatoren können eine Dreh- oder Linearbewegung erzeugen. Wie der Name schon sagt, nutzen diese Aktoren Elektrizität, um ihre Arbeit zu verbessern. Das Drehmoment zum Öffnen/Schließen des Ventils wird über eine Welle zum Öffnen oder Schließen des Ventils übertragen.

Anwendungen von Segmentkugelhähnen

• Segmentkugelhähne werden zur Durchflussregelung in der Papier- und Zellstoffindustrie eingesetzt.
• Diese Ventile werden zur Steuerung des Chemikalienflusses in Chemieanlagen eingesetzt.
• Sie werden in Kläranlagen eingesetzt, da sie Feststoffpartikel bearbeiten können.
• Sie werden in der Energieindustrie zur Steuerung des Durchflusses von Heiz- und Kühlflüssigkeiten eingesetzt.
• Sie werden in der Erdölindustrie eingesetzt, da sie brennbaren Produkten standhalten.
• Segmentkugelhähne werden in der pharmazeutischen Industrie zur Regulierung des Flusses von Produktionsmitteln eingesetzt.
• Aufgrund ihrer einfachen Reinigung und Wartung werden sie in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.

Vorteile von Segmentkugelhähnen 

• Segmentkugelhähne haben einen hohen Wirkungsgrad.
• Diese Ventile sind einfach aufgebaut.
• Das Design der Segmentkugelhähne sorgt für ein geringes Gewicht und Volumen.
• Diese Ventile sind leicht zu zerlegen und zu reparieren.
• Das Design der Segmentkugelhähne sorgt für eine perfekte Abdichtung.
• Sie können einen geringen Druckabfall und hohe Durchflussraten bieten.
• Der Segmentkugelhahn öffnet und schließt schnell.
• Diese Ventile sind leicht zu reinigen.

Nachteile von Segmentkugelhähnen 

• Hohlräume rund um den Sitz können zu Verstopfungen führen.
• Bei Verwendung in festen Partikeln kann es zu Erosion kommen, wodurch Flüssigkeit austritt und ausfällt.

Fehlerbehebung beim Segmentkugelhahn 

Undichtigkeit der Stopfbuchspackung 

• Lose Stopfbuchsenmuttern. Ziehen Sie die losen Stopfbuchsmuttern fest.
• Stopfbuchspackung abgenutzt. Stopfbuchspackung austauschen.
• Der Stiel ist korrodiert oder weist Risse auf. Reinigen Sie die Spindel oder ersetzen Sie sie sowie die Stopfbuchspackung.
• Die Stopfbuchse ist korrodiert. Reinigen Sie es und ersetzen Sie die Stopfbuchspackung. Der Segmentkugelhahn kann bei übermäßiger Korrosion ausgetauscht werden.

Undichtigkeit an der Bodenplattendichtung 

• Lose Nüsse. Ziehen Sie die Muttern fest.
• Die Dichtung ist beschädigt. Ersetzen Sie die Dichtung.
• Korrosion/Beschädigung im Dichtungsbereich. Entfernen Sie die Korrosion oder ersetzen Sie die Platte und das Gehäuse, je nach Grad der Beschädigung.

Durch die Bohrung tritt Flüssigkeit aus 

• Das Segment befindet sich nicht in der vollständigen Schließposition. Schließen Sie den Endanschlag im Stellantrieb.
• Fehlausrichtung zwischen Sitz und Segment. Lösen Sie die Stopfbuchspackung, um das Segment zu zentrieren. Achten Sie darauf, die Stopfbuchspackung nach der Ausrichtung wieder festzuziehen, damit sie über ein ausreichendes Drehmoment verfügt.
• Eingeschlossene oder verfestigte Medien. Sitzfeder und Dichtflächen reinigen.
• Dichtungssitz beschädigt. Ersetzen Sie die beschädigten Dichtungen.
• Das Segment oder der Sitz ist beschädigt. Bei Bedarf ersetzen.

Hohes Drehmoment des Segmentkugelhahns 

• Zu fest angezogene Stopfbuchsenmuttern. Reduzieren Sie das Drehmoment an den Stopfbuchsenmuttern auf die vom Hersteller des Segmentkugelhahns empfohlenen Werte.
• Betätigen Sie das Segment in die entgegengesetzte Richtung und lösen Sie es so vom Sitz. Lösen Sie die Linerhalterung, um den Sitz und das Segment wieder in einer geschlossenen Position einzurasten. Erhöhen Sie das Drehmoment der Liner-Halterung, nachdem Segment und Sitz ausgerichtet sind.
• Stellantrieb/Operator ist nicht richtig auf den Ventilschaft ausgerichtet. Lösen Sie die Befestigungselemente und ändern Sie die Montagebasis so, dass sie parallel ist und sicherstellen, dass der Antrieb zentriert ist. Ziehen Sie die Befestigungselemente fest.
• Beschädigtes Lager. Ersetze es.
• Beschädigtes Segment oder Sitz. Bei Bedarf ersetzen.
• Angesammelte oder verfestigte Medien. Entfernen Sie das Medium aus Ventilhohlraum, Sitz und Segment und reinigen Sie die Dichtflächen.
• Der Segmentkugelhahn wurde falsch herum eingebaut. Das Ventil muss entsprechend dem Durchflussanzeigeetikett installiert werden.

Zusammenfassung 

Ein Segmentkugelhahn ist ein Kugelhahn, der den Flüssigkeitsstrom durch eine Vierteldrehung öffnet/schließt. Dieses Ventil verfügt über ein hohles kugelförmiges Kugelsegment, das von einem Lager und einer Welle auf der Antriebsseite des Ventils getragen wird. Das andere Ende dieses Ventils hat ein Lager und einen Pfosten. Die segmentierte Kugel dreht sich um einen Drehpunkt, um in einer geschlossenen Position eine durchgehende einzelne stromaufwärtige Dichtung herzustellen. Die Abdichtung dieses Segmentkugelhahns erfolgt durch einen flexiblen Elastomer- oder flexiblen Sitzring, der gegen das Kugelsegment drückt. Das Gehäuse der Segmentkugelhähne besteht aus starken Materialien, meist Edelstahl, mit flanschloser oder geflanschter Konstruktion.

Segmentkugelhähne können in Segmentkugelhähne mit seitlichem Eingang und Segmentkugelhähne mit oberem Eingang unterteilt werden. Diese Ventile verfügen über ein Design und eine Technologie, die es ihnen ermöglicht, auch in viskosen Flüssigkeiten und Schlämmen zu funktionieren. Diese Ventile werden in vielen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Petrochemie, Pharmazie, Lebensmittelverarbeitung, Abwasserbehandlung und chemischen Verarbeitung. Die segmentierten Kugelhähne finden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie einfache Reinigung, einfache Reparatur und Wartung, einfaches Design, geringe Größe und geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit gegenüber Schlämmen viele Anwendungsmöglichkeiten. Wichtige Parameter beim Kauf eines Segmentkugelhahns sind Antriebstyp, Druckstufe, Betriebstemperaturen, Gehäusematerialien, Normen und Zulassungen.