Einführung
Im komplizierten Reigen industrieller Prozesse sind die unbesungenen Helden oft in den Rohrleitungssystemen zu finden, wo sie den Durchfluss lebenswichtiger Flüssigkeiten sorgfältig kontrollieren. Unter den verschiedenen Armaturentypen sind Kugelhahn und Absperrklappe die vorherrschenden industriellen Armaturenlösungen, da sie unterschiedliche funktionelle Vorteile für verschiedene Anwendungen bieten. Als Drehventile bieten sie beide eine Vierteldrehung, doch ihre internen Mechanismen unterscheiden sich erheblich. Ingenieure, Beschaffungsspezialisten und Fluidtechniker stehen vor der wichtigen Entscheidung, zwischen Kugelhähnen und Absperrklappen zu wählen, denn diese Wahl hängt von der Abwägung zwischen betrieblichen Anforderungen und Kosten- und Leistungsüberlegungen ab. Die schiere Menge an Optionen und die damit verbundenen technischen Nuancen können sich manchmal wie ein Labyrinth anfühlen. Dieser Artikel soll den Weg erhellen, indem er eine klare und präzise vergleichende Analyse liefert, die Sie zur optimalen Ventillösung für Ihre spezifischen Anforderungen führt.
Wie funktionieren sie?
Kugelhähne und Absperrklappen arbeiten als Drehventile, da sie eine Drehung um 90 Grad benötigen, um zwischen einer vollständigen Öffnungs- und einer vollständigen Schließstellung zu wechseln. Die Techniken, die diese Ventile zur Steuerung verwenden, weisen große Unterschiede auf.
Ein Kugelhahn funktioniert wie eine Rohrleitung, in der sich ein kugelförmiges Element befindet. Der Durchmesser der Kugel beeinflusst die Durchflusskapazität. Die Kugel enthält eine zentrale Öffnung, die als Bohrung bezeichnet wird. Die Ventilöffnung legt die Bohrung zur Durchflussrichtung des Rohrs frei, so dass sich die Flüssigkeit frei durch den Kanal bewegen kann. Der Ventilgriff oder Stellantrieb führt eine einfache Vierteldrehung aus, um die Kugel um 90 Grad zu drehen, wodurch der feste Teil quer zum Durchflussweg positioniert wird, um die Flüssigkeit zu blockieren. Diese Grundkonstruktion gewährleistet eine zuverlässige und sichere Absperrung der Flüssigkeit. Spezielle Konstruktionen wie der Zapfenkugelhahn oder die Zapfenkugelhähne sind für Anwendungen mit höherem Druck konzipiert.
Eine Absperrklappe funktioniert durch eine Klappenscheibe, die die Form einer dünnen Platte hat, die sich im Inneren des Ventilgehäuses befindet. Das Ventil enthält eine Scheibe, die mit einer Spindel verbunden ist, die sich durch den Ventilmechanismus erstreckt. Das Ventil bleibt geöffnet, wenn sich die Scheibe in eine Position dreht, die dem fließenden Material einen minimalen Widerstand entgegensetzt. Durch eine Vierteldrehung der Spindel wird die Scheibe um 90 Grad gedreht, so dass sie den Flüssigkeitsstrom blockiert, indem sie senkrecht zur Strömung steht. Das Ventil hat seinen Namen von der schmetterlingsähnlichen Bewegung seiner Scheibe während des Betriebs. Bei der Absperrklappe bleibt die Klappenscheibe auch bei vollständiger Öffnung im Durchflussweg, was sie von der ungehinderten Strömung des Kugelhahns unterscheidet. Um die Unterschiede in der Funktionsweise dieser Ventile zu verstehen, muss man sich ihre internen Funktionsmechanismen ansehen.
Strukturelle Kernunterschiede
Kugelhähne und Absperrklappen unterscheiden sich nicht nur in ihrer Funktionsweise, sondern auch in ihrer Struktur, denn diese Unterschiede wirken sich auf ihre Leistung und Anwendungseignung aus.
Kugelhähne bestehen aus vier Hauptkomponenten, darunter das Gehäuse und die Kugel mit Bohrung und Sitzen zur Abdichtung der Verbindung zwischen Kugel und Gehäuse sowie eine Spindel, die zur Drehung mit der Kugel verbunden ist, und ein Antrieb oder Griff. Die Konstruktion erfordert stärkere Materialien und schwerere Bauelemente, insbesondere bei größeren Größen. Die Anzahl der Bauteile in einem Kugelhahn hängt von seinem spezifischen Typ ab, der einteilig, zweiteilig oder dreiteilig sein kann. Eine komplexe Konstruktionsstruktur führt zu höheren Anschaffungskosten, insbesondere bei größeren Größen. Die robuste Bauweise dieser Konstruktion führt zu einer außergewöhnlichen Dichtungsleistung und Druckbeständigkeit.
Die Konstruktion von Absperrklappen ist sehr einfach, da sie nur wenige Bauteile enthalten. Die Hauptelemente dieses Klappensystems bestehen aus dem Gehäuse, einer Scheibe und Sitzen, die in das Gehäuse integriert oder als austauschbare Teile vorgesehen sein können, sowie einer Spindel und einem Antrieb oder Griff. Die geringere Größe und das geringere Gewicht von Absperrklappen mit großen Durchmessern bieten erhebliche Vorteile bei den Installations- und Abstützungsanforderungen. Die grundlegende Konstruktionsstruktur von Absperrklappen führt zu geringeren Anschaffungskosten, wodurch sie sich für kosteneffiziente Projekte eignen, bei denen Rohre mit großen Durchmessern verwendet werden. Die geringere Anzahl von Bauteilen bei Absperrklappen kann zu einer einfacheren Wartung führen, da es weniger Elemente gibt, die ausfallen könnten. Die Grundkonstruktion eines Kükenhahns erschwert es, bei anspruchsvollen Hochdruck- oder kritischen Anwendungen das gleiche Maß an Dichtheit zu erreichen wie bei hochwertigen Kugelhähnen.
Leistungsvergleich: Die wichtigsten technischen Parameter
Bei der Beurteilung von Kugelhähnen und Absperrklappen für eine bestimmte Anwendung ist ein detaillierter Vergleich ihrer technischen Leistungsparameter unerlässlich.
Siegelfähigkeit
Anwendungen, die eine absolut leckagefreie Leistung erfordern, profitieren am meisten vom Einsatz von Kugelhähnen. Kugelhähne mit Weichsitzen von Qualitätsherstellern können extrem dichte Dichtungen erzeugen, die die Leckageklasse VI erfüllen. Diese Ventile eignen sich für den Umgang mit gefährlichen Materialien und hochreinen Flüssigkeiten, da sie eine außergewöhnliche Leckagesicherheit bieten. Die Kugelform sorgt für einen gleichmäßigen Kontakt mit den Sitzen, was zu einer zuverlässigen Absperrleistung führt.
Absperrklappen dichten in zahlreichen Anwendungen gut ab, neigen jedoch dazu, an erhöhten Druckpunkten etwas stärker zu lecken. Die Wirksamkeit der Dichtung hängt davon ab, wie der Sitz konstruiert ist und wie viel Druck auf die Klappenscheibe ausgeübt wird. Obwohl die Fortschritte in der Klappenventiltechnologie ihre Dichtungsfähigkeiten erheblich verbessert haben, ist in wirklich kritischen, leckagefreien Szenarien ein Kugelventil oft die bevorzugte Wahl. Man muss sich das so vorstellen: Die massive Kugel eines Kugelhahns bietet eine vollständigere und festere Barriere als die relativ dünne Scheibe einer Absperrklappe.
Durchflusskontrolle
Kugelhähne und Absperrklappen bieten eine hervorragende Leistung bei Auf/Zu-Anwendungen, da sie durch eine Vierteldrehung funktionieren. Kugelhähne, insbesondere V-Kugelhähne, bieten bessere Leistungen als andere Ventile für genaue Durchflussregelungen und Drosselungsanwendungen. Die V-förmige Kerbe am Kugelhahn sorgt für eine lineare Durchflussregelung mit hoher Präzision beim Öffnen und Schließen des Ventils. Diese Ventile eignen sich gut für Situationen, in denen eine präzise Einstellung der Durchflussmenge erforderlich ist.
Absperrklappen erfüllen gelegentlich Drosselfunktionen, weisen jedoch bei der Durchflussregelung sowohl in der minimalen als auch in der maximalen Öffnungsstellung Leistungseinschränkungen auf. Die Strömung, die die Klappenscheibe in fast geschlossenen Positionen umströmt, wird turbulent, was ihre Vorhersagbarkeit verringert. Einige Drosselklappenkonstruktionen enthalten Verbesserungen bei der Drosselung, aber ihre Regelgenauigkeit bleibt hinter der von Kugelhähnen mit V-Anschluss zurück. Das Ergebnis der Wasserdurchflussregelung wird kontrollierter und vorhersehbarer, wenn anstelle einer Platte eine präzise geformte Düse verwendet wird.
Druck- und Temperaturtoleranz
Kugelhähne weisen im Allgemeinen eine höhere Toleranz gegenüber Druck- und Temperaturextremen auf als Standard-Absperrklappen. Die kugelförmige Kugelkonstruktion und die robuste Bauweise ermöglichen es diesen Ventilen, erhöhte Drücke zu bewältigen. Kugelhähne, die aus speziellen Konstruktionsmaterialien hergestellt werden, können auch bei hohen Temperaturen einwandfrei funktionieren.
Absperrklappen mit ihrer relativ dünnen Scheiben- und Sitzkonstruktion haben in der Regel niedrigere Druck- und Temperaturwerte. Während Hochleistungs-Absperrklappen, die mit speziellen Werkstoffen hergestellt werden, anspruchsvollere Bedingungen bewältigen können, sind Standard-Absperrklappen im Allgemeinen besser für Anwendungen mit niedrigeren bis mittleren Drücken und Temperaturen geeignet. Der Vergleich zwischen diesen beiden Ventiltypen ähnelt dem Unterschied zwischen einem robusten Schild und einem leichten, beweglichen Schild, da beide bei extremen Kräften bestimmte Grenzen haben. Bei Anwendungen, die an die Grenzen des Drucks oder der Temperatur stoßen, ist eine sorgfältige Prüfung der spezifischen Nennwerte jedes Ventiltyps und der verwendeten Materialien von entscheidender Bedeutung.
Anwendungsszenarien
Die unterschiedlichen Eigenschaften von Kugelhähnen und Absperrklappen machen sie für verschiedene industrielle Anwendungen geeignet.
Kugelhähne: Aufgrund ihrer hervorragenden Dichtungseigenschaften, ihrer hohen Druck- und Temperaturtoleranz und ihrer Eignung für Auf/Zu-Betrieb und Drosselung werden Kugelhähne häufig eingesetzt:
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Öl und Gas: Wird häufig in Pipelines, Verarbeitungsanlagen und Lagereinrichtungen zur Kontrolle des Durchflusses von Kohlenwasserstoffen eingesetzt.
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Chemische Verarbeitung: Sie werden bei der Handhabung einer Vielzahl von korrosiven und gefährlichen Chemikalien eingesetzt, bei denen ein dichtes Absperren entscheidend ist.
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Wasser-Hochdrucksysteme: Eingesetzt in Anwendungen wie Kraftwerken und Wasserverteilungsnetzen, in denen hohe Drücke herrschen.
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Prozessrohrleitungen, die keine Leckagen erfordern: Ideal für Anwendungen, bei denen selbst minimale Leckagen erhebliche Folgen haben können.
Schmetterlingsventile: Ihr geringes Gewicht, die niedrigeren Kosten (insbesondere bei größeren Größen) und die Eignung für große Durchflussmengen machen Absperrklappen zu einem beliebten Einsatzgebiet:
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Wasseraufbereitung: Weit verbreitet in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen zur Kontrolle des Wasser- und Schlammdurchflusses.
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HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning): Häufig in Gebäudeautomationssystemen zur Regelung von Luft- und Wasserströmen zu finden.
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Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Sie werden in verschiedenen Prozessen eingesetzt, bei denen Hygiene und einfache Reinigung eine wichtige Rolle spielen.
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Große Rohrleitungssysteme: Eine kosteneffiziente Lösung für die Durchflusskontrolle in Rohrleitungen mit großem Durchmesser und moderaten Druckanforderungen.
Der Auswahlprozess hängt von den besonderen Anforderungen der Anwendung ab. Das Kugelventil ist die bevorzugte Option, wenn absolute Dichtheit und kritische Situationen mit hohem Druck es erfordern. Die Absperrklappe ist die bessere Wahl für Großanlagen, bei denen Kosteneffizienz und Gewichtsreduzierung im Vordergrund stehen und die unter moderaten Druckbedingungen arbeiten.
Kugelhahn oder Absperrklappe? Wichtige Überlegungen
Um den Entscheidungsprozess zu erleichtern, sollten Sie die folgenden Schlüsselfaktoren berücksichtigen:
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Merkmal
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Kugelhahn
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Drosselklappe
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Siegelfähigkeit
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Hervorragend, erreicht oft die Dichtheitsklasse VI
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Gut, kann aber bei hohem Druck leichte Leckagen aufweisen
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Durchflusskontrolle
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Hervorragend, insbesondere bei V-Port-Designs
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Gut zum Ein- und Ausschalten, weniger präzise zum Drosseln
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Druck Toleranz
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Im Allgemeinen höher
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Im Allgemeinen niedriger
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Temperatur Toleranz
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Im Allgemeinen höher
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Im Allgemeinen niedriger
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Kosten
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Im Allgemeinen höher, insbesondere bei größeren Größen
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Im Allgemeinen niedriger, insbesondere bei größeren Größen
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Gewicht und Größe
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Im Allgemeinen schwerer und sperriger
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Im Allgemeinen leichter und kompakter
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Wartung
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Kann aufgrund von mehr Teilen komplexer sein
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Im Allgemeinen einfacher
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Solide Partikel Medien
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Tolerantere, vollwertige Anschlussoptionen verfügbar
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Weniger tolerant, Scheibe kann den Fluss behindern
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Molchen
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Geeignete, volle Öffnung ermöglicht ungehinderten Durchgang
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Nicht geeignet, Scheibe behindert den Durchgang
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Automatisierung
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Hochgradig kompatibel
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Hochgradig kompatibel
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Einrichtung
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Kann aufgrund des Gewichts mehr Unterstützung erfordern
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Leichtere Installation, insbesondere bei großen Formaten
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Die Zukunft des Einsatzes von Kugelhähnen und Absperrklappen
Die Entwicklung der Ventiltechnologie schreitet weiter voran, da die Industrie effizientere, zuverlässigere und nachhaltigere Lösungen verlangt. Kugelhähne und Absperrklappen werden sich in Zukunft entsprechend mehrerer neuer Trends weiterentwickeln.
Intelligente Ventiltechnik: Die Integration von Sensoren, Aktoren und Kommunikationsfunktionen wird zu intelligenteren Ventilen führen, die zur Selbstüberwachung, Fernsteuerung und vorausschauenden Wartung fähig sind. Die Umsetzung dieser Maßnahmen wird die Betriebsleistung steigern und Anlagenstillstände minimieren.
Fortgeschrittene Materialien: Die Entwicklung neuer, haltbarerer und korrosionsbeständigerer Werkstoffe wird den Anwendungsbereich beider Armaturentypen erweitern, so dass sie in noch anspruchsvolleren Umgebungen zuverlässig arbeiten können. Die Verwendung stärkerer und gleichzeitig leichterer Werkstoffe würde die Betriebsvorteile von Absperrklappen für Großanwendungen erhöhen.
Digitalisierung und IoT: Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) wird durch die Digitalisierung an Bedeutung gewinnen, da Ventile in vernetzte Systeme integriert werden. Dies ermöglicht die Erfassung und Analyse von Daten in Echtzeit, was zu einer optimierten Prozesssteuerung und verbesserten Entscheidungsfindung führt.
Nachhaltigkeit:Industrielle Betriebe werden durch die Entwicklung energieeffizienter Ventile mit geringeren Leckageraten, die auf Umweltbelange zurückzuführen sind, nachhaltiger werden.
Die grundlegenden Funktionsprinzipien von Kugelhähnen und Absperrklappen werden unverändert bleiben, aber der technologische Fortschritt wird ihre Leistung verbessern und ihre Einsatzmöglichkeiten in den kommenden Jahren erweitern.
Warum Vincer für Ventillösungen wählen?
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Umgang mit häufigen Benutzeranliegen (FAQ)
F: Sind Absperrklappen anfällig für Leckagen bei hohen Drücken? Wie kann dies gemildert werden?
A: Standard-Absperrklappen weisen ein höheres Leckagepotenzial als Kugelhähne auf, wenn sie unter hohen Druckbedingungen betrieben werden, insbesondere bei Anwendungen wie Gasleitungen. Die Konstruktion der Klappenscheibe in Verbindung mit dem Dichtungsmechanismus bestimmt diese Anfälligkeit. Hochleistungsabsperrklappen mit speziellen Sitzmaterialien und -konstruktionen, wie z. B. dreifach gekröpfte Absperrklappen, sind jedoch so konstruiert, dass sie höhere Drücke bewältigen und besser abdichten können. Die richtige Auswahl der Armatur auf der Grundlage der spezifischen Druckanforderungen und Medien sowie der korrekte Einbau und die regelmäßige Wartung sind entscheidend für die Verringerung von Leckagen.
F: Welche Vorsichtsmaßnahmen sind bei der Verwendung von Kugelhähnen für den Transport viskoser Medien zu treffen?
A: Bei der Verwendung von Kugelhähnen mit viskosen Medien muss der Drehmomentbedarf berücksichtigt werden, da der Flüssigkeitswiderstand die Betriebsanforderungen beeinflusst. Es ist wichtig, eine Antriebsgröße zu wählen, die den Anforderungen der Anwendung entspricht. Regelmäßige Reinigungs- und Wartungsverfahren sollten durchgeführt werden, um zu verhindern, dass sich viskose Materialien oder Rückstände ansammeln, die den Betrieb der Armatur beeinträchtigen oder zu Schäden und möglicher Verschmutzung führen könnten. Die Kugelhahnkonstruktion mit vollem Durchgang erweist sich bei viskosen Medien als besonders vorteilhaft, da sie die Durchflussbegrenzung verringert.
F: Wie bestimme ich die geeignete Ventilgröße anhand der Durchflussanforderungen?
A: Der Prozess zur Bestimmung der richtigen Ventilgröße erfordert die Bewertung von drei Hauptelementen, zu denen die Anforderungen an den Gasdurchfluss oder den Durchfluss eines Gases, die Parameter der Flüssigkeitsgeschwindigkeit und der zulässige Druckabfall durch das Ventil gehören. Faktoren wie die Bedingungen auf der Versorgungsseite und die Größe der Versorgungsleitung beeinflussen ebenfalls die optimale Ventilgröße, die oft in Zoll gemessen wird. Die Durchflussdiagramme und Cv-Werte (Durchflusskoeffizient) des Herstellers müssen für die richtige Ventilauswahl herangezogen werden. Ein Ventilspezialist oder ein Verfahrenstechniker sollte für die optimale Dimensionierung hinzugezogen werden, da sie helfen, die beste Leistung zu gewährleisten.
F: Wie sollten elektrische Antriebe in Kugelhähne und Absperrklappen integriert werden?
A: Standardisierte Montageschnittstellen ermöglichen den direkten Anschluss elektrischer Stellantriebe an Armaturen. Der Stellantrieb muss entsprechend den Drehmomentangaben der Armatur richtig dimensioniert werden, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Die Anweisungen des Antriebsherstellers sowie die Sicherheitsnormen bestimmen die korrekte Methode für den elektrischen Anschluss. Das Steuersystem kann die Armaturenstellung durch die Integration von Antriebsrückmeldungen und Endschaltern überwachen und steuern.
F: Was sind einige der wichtigsten Nachteile von Absperrklappen im Vergleich zu Kugelhähnen?
A: Zu den wichtigsten Nachteilen von Absperrklappen gehören ein höheres Leckagepotenzial bei hohen Drücken (bei Standardausführungen), ein höherer Druckabfall aufgrund der im Strömungsweg verbleibenden Scheibe sowie Einschränkungen bei der Handhabung von Medien mit Feststoffpartikeln oder bei der Notwendigkeit von Molchen.
F: Wann könnte ein Umgehungsventil in einem System mit Absperrklappen notwendig sein?
A: Ein Bypass-Ventil kann in Systemen mit großen Absperrklappen erforderlich sein, insbesondere in solchen, die mit hohen Drücken arbeiten. Das Bypass-Ventil kann dazu beitragen, den Druck auf beiden Seiten der Klappenscheibe auszugleichen, wodurch das Öffnen oder Schließen des Hauptventils erleichtert wird.
Schlussfolgerung
Ein Vergleich zwischen Kugelhähnen und Absperrklappen führt nicht zu einer Überlegenheit der einen Konstruktion gegenüber der anderen. Die Wahl hängt davon ab, dass Sie alle Anforderungen Ihrer Anwendung im Detail verstehen. Kugelhähne bieten außergewöhnliche Dichtheit und hohe Druckfestigkeit und sind daher ideal für kritische Prozesse. Die Leistung und Effizienz Ihrer Fluidsteuerungssysteme wird von Ihrer fundierten Entscheidung profitieren, die sich aus der Analyse der in diesem Artikel vorgestellten Schlüsselfaktoren in Bezug auf Dichtungsbedarf und Durchflusssteuerungsanforderungen sowie Druck- und Temperaturtoleranz und Kosten- und Platzbeschränkungen ergibt. Denken Sie daran, sich von Ventilspezialisten wie dem Team von VINCER beraten zu lassen, um sicherzustellen, dass Sie das am besten geeignete Ventil für Ihre individuellen Anforderungen auswählen.
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