Auslegung von Druckregelventilen

Druckregelventile für Flüssigkeiten

Ermittlung des K_v-Wertes

Zur Auslegung bzw. vor Auswahl eines Ventils wird zunächst aus den Betriebsdaten, bei denen das Ventil arbeiten soll, der K_v - Wert errechnet

K_v	Durchflusskoeffizient	m³/h
Q	Volumendurchfluss	m³/h
p	Dichte	kg/m³
p₁	Eintrittsdruck (abs.)	bar
p₂	Austrittsdruck (abs.)	bar
Δp	Druckdifferenz (p₁ - p₂)	bar

Beispiel:

Gesucht wird ein Druckminderventil für 2-7 m³/h Methanol, Dichte 790 kg/m³ Vordruck 9 - 12 bar, zu regelnder Hinterdruck 4 bar. Wir rechnen mit dem größten Durchsatz und der kleinsten Druckdifferenz.

Den aus den Betriebsdaten ermittelten K_v - Wert versehen wir mit einem Zuschlag von 30 % und erhalten damit den K_vs - Wert, den das auszuwählende Ventil mindestens haben sollte.

K_vs - Wert ≥ 1,3 x K_v - Wert = 1,3 x 2,78 = 3,61 m³/h

Bestimmung der Nennweite

Um Druckverluste und Betriebsgeräusche niedrig zu halten, sollten bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohrleitungen nicht überschritten werden, zum Beispiel

»	auf der Saugseite von Kreiselpumpen	2 m/s
»	auf der Saugseite von Kolbenpumpen	1 m/s
»	auf der Pumpendruckseite	5 m/s
»	in Trinkwassernetzen	1 m/s
»	in Wasser- und Treibstoff-Fernleitungen	3 m/s
»	bei hochviskosen Flüssigkeiten	1 m/s

Der Leitungsdurchmesser kann wie folgt berechnet werden

d	Leitungsdurchmesser	mm
Q	Volumendurchfluss	m³/h
w	Strömungsgeschwindigkeit	m/s

Wenn in unserem Beispiel eine maximale Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s zugelassen wird, ist der erforderliche Leitungsdurchmesser

Wir würden nach diesem Beispiel die Rohrleitung in DN 40 auswählen.

Bei vorgegebener Nennweite kann die Strömungsgeschwindigkeit wie folgt berechnet werden

In unserem Beispiel hätten wir dann in der Rohrleitung DN 40 bei einem Durchsatz von 7 m³/h eine Strömungsgeschwindigkeit von

Die Nennweite des Regelventils darf unter bestimmten Betriebsbedingungen eine bis zwei Stufen unter der Nennweite der Rohrleitung liegen, was insbesondere für die mit Steuerleitung arbeitenden Ventile gilt.

Auswahl eines geeigneten Ventils

Unsere Auswahltabellen und Typenblätter führen Sie zu den technischen Daten der MANKENBERG-Ventile.
Der K_vs - Wert des ausgewählten Ventils sollte dem errechneten und mit den erforderlichen Zuschlägen versehenen K_v - Wert entsprechen. Die meisten Ventile arbeiten am besten im Bereich von 10 bis 70 % ihres Kvs - Wertes, kleine nicht entlastete Ventile – wie z.B. die Druckminderer DM 502, 505, 506, 510, 762 und 765 – arbeiten auch bei kleinsten Durchsätzen noch zufriedenstellend.

Wählen Sie den Einstellbereich so, dass der gewünschte Sollwert möglichst an der oberen Grenze liegt. Nehmen Sie z.B. bei 2,3 bar zu regelndem Druck den Einstellbereich 0,8-2,5 bar und nicht den Einstellbereich 2-5 bar, bei dem die betriebsabhängigen Regelabweichungen wesentlich höher wären. Wenn in Sonderfällen der standardmäßige Einstellbereich nicht weit genug ist, kann bei niedriger Ventilauslastung und geringeren Ansprüchen an die Regelgenauigkeit der Einstellbereich unterschritten werden. Dann kann z.B. ein Druckminderer mit dem Einstellbereich 0,8-2,5 bar auch bei 0,5 bar noch zufriedenstellend arbeiten.

Wählen Sie die Werkstoffe den betrieblichen Anforderungen entsprechend und mit Hilfe der Beständigkeitstabelle aus.

Kommen wir zurück zu unserem Beispiel:
Anhand der Betriebsdaten hatten wir ermittelt, dass der K_vs - Wert mindestens 3,61 m³/h sein sollte. Nach unserer Auswahltabelle stehen hierfür mehrere Ventilbaureihen zur Verfügung. Aufgrund der Eigenschaften des Mediums entscheiden wir uns für den Druckminderer DM 652 DN 25, K_vs - Wert 6 m³/h, Einstellbereich 2-5 bar, Federhaube mit Leckleitungsanschluss. Dieses Ventil besteht standardmäßig aus Werkstoffen, die sehr gut für Methanol geeignet sind. Außerdem zeichnet es sich durch hohe Regelgüte, geringes Gewicht, gute Oberflächenqualität und einen für Edelstahlventile äußerst günstigen Preis aus.

Noch ein Beispiel:
Gesucht wird ein Überströmventil, das bei 10 bar 250 m³/h Trinkwasser in ein offenes Becken abströmen lassen kann. Zunächst ermitteln wir den Betriebsdaten entsprechenden K_vs - Wert. Obwohl der Differenzdruck ( p₁ - p₂ ) 10 bar ist, setzen wir wegen der im Ventilsitz auftretenden Verdampfung nur einen Differenzdruck von 0,6 x p₁ [bara] also 6,6 bar bei der Berechnung ein.

Somit ist

Der K_vs - Wert der Armatur sollte dann mindestens

1,3 x K_v - Wert = 1,3 x 97,3 = 126,5 m³/h sein

Wir entscheiden uns für das pilotgesteuerte Überströmventil UV 824 DN 200, K_vs - Wert 180 m³/h, Einstellbereich 4–12 bar, - ein relativ preisgünstiges, leichtes und sehr regelgenaues Ventil aus Edelstahl.

Und noch ein Beispiel:
Gesucht wird ein CIP-fähiges Druckminderventil, mit dem 1-3 l/min vollentsalztes Wasser von 2-4 bar auf 0,7 bar reduziert werden können. Die Rohrleitung ist in DN 25 mit Klemmverbindungen nach DIN 32 676 ausgeführt.

Anhand der Betriebsdaten rechnen wir den Kv - Wert aus

Das Ventil sollte dann einen K_vs - Wert von mindestens

1,3 x K_v - Wert = 1,3 x 0,16 = 0,21 m³/h haben

Wir entscheiden uns für den Druckminderer DM 152 DN 25, K_vs - Wert 3,5 m³/h, Einstellbereich 0,8-2,5 bar, ein polierfähiges Edelstahlventil in Eckausführung. Wir haben uns dafür entschieden, obwohl der K_vs - Wert des Ventils relativ hoch ist und der geforderte Hinterdruck außerhalb des angegebenen Einstellbereichs liegt. Aus umfangreichen Prüfstandsversuchen wissen wir nämlich, dass dieses Ventil für o.g. Betriebsbedingungen sehr gut geeignet ist.

Dieses Beispiel sollte zeigen, dass man bei guter Kenntnis des Betriebsverhaltens die Armaturen in Sonderfällen auch außerhalb der im Katalog genannten Anwendungsbereiche einsetzen kann.