Auslegung von Druckregelventilen

Ermittlung des K_v-Wertes

Zur Auslegung bzw. vor Auswahl eines Ventils wird zunächst aus den Betriebsdaten, unter denen das Ventil arbeiten soll, der K_v - Wert errechnet. Da in den meisten Fällen weder Tabelle noch Diagramm für das spezifische Volumen von Wasserdampf greifbar sind, kann man durch Berechnung nach folgenden Formeln, in denen der Wasserdampf als ideales Gas behandelt wird, zu einem hinreichend genauen Ergebnis gelangen.

Bei unterkritischem Druckgefälle, d.h. wenn



nach Formel



bei überkritischem Druckgefälle, d.h. wenn



nach Formel



Die Temperatur von Wasserdampf im Sättigungszustand (Sattdampf) kann überschlägig berechnet werden nach Formel

Beispiel: Gesucht wird ein Druckminderventil aus Edelstahl, das 1100 kg/h Sattdampf von 7 auf 4 bar reduziert.
Das Druckgefälle ist unterkritisch, denn es ist



Da uns das spez. Volumen und die Temperatur nicht bekannt sind, rechnen wir mit der Formel



Nach Ermittlung der Temperatur



rechnen wir



Den aus den Betriebsdaten errechneten 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 12,9 = 16,8 m³/h

Bestimmung der Nennweite

Um Druckverluste und Betriebsgeräusche niedrig zu halten, sollten bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohrleitungen nicht überschritten werden. Falls keine planerischen Vorgaben bestehen, empfehlen wir

Diese groben Richtwerte gelten für Leitungsdurchmesser ab DN 80. Bei kleineren Nennweiten sollten geringere Strömungsgeschwindigkeiten angesetzt werden. Zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit wird der Volumendurchfluss bei Betriebsbedingungen benötigt. Er kann wie folgt errechnet werden:



In unserem Beispiel sind danach die Volumendurchflüsse vor und hinter dem Ventil:

                   

Der Leitungsdurchmesser kann wie folgt berechnet werden:



Wenn in unserem Beispiel nur maximale Strömungsgeschwindigkeiten von 25 m/s durch den Planer zugelassen werden, sind die erforderlichen Leitungsdurchmesser:

                   

Wir würden demzufolge vor dem Ventil die Rohrleitung DN 65 und hinter dem Ventil DN 80 empfehlen.

Bei vorgegebener Nennweite kann die Strömungsgeschwindigkeit wie folgt berechnet werden



In unserem Beispiel hätten wir dann in der Rohrleitung die Strömungsgeschwindigkeiten

                   

Die Nennweite des Regelventils kann unter bestimmten Betriebsbedingungen eine bis zwei Stufen unter der Nennweite der Rohrleitung vor dem Ventil liegen. Hinter dem Ventil ist die Leitung möglicherweise - der Strömungsgeschwindigkeit entsprechend - um mehrere Stufen erweitert auszuführen, was insbesondere bei den mit Steuerleitung arbeitenden Ventilen gilt.

Auswahl eines geeigneten Ventils

Unsere Auswahltabellen und Datenblätterführen 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 K_vs - Wertes, kleine nicht entlastete Ventile – wie z.B. die Druckminderer DM 152, 505 und 701 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 ermittelten wir, dass der K_vs - Wert mindestens 16,8 m³/h sein sollte. Nach unserer Auswahltabelle stehen hierfür mehrere Ventilbaureihen zur Verfügung. Wir entscheiden uns für den Druckminderer DM 652 DN 50, K_vs - Wert 18 m³/h, Einstellbereich 2–5 bar. Dieses Ventil besteht standardmäßig aus Werkstoffen, die sehr gut für den Einsatzfall 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 Druckminderventil, mit dem für das Rußblasen eines Dampfkessels 8 t/h auf 460°C überhitzter Dampf von 100 bar auf 20 bar reduziert werden können.

Das Druckgefälle ist überkritisch, denn es ist



Da uns das spezifische Volumen momentan nicht bekannt ist, rechnen wir



Den aus den Betriebsdaten errechneten 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 K_v - Wert = 1,3 x 9,33 = 12,1 m³/h

Der Volumendurchfluss unter Betriebsbedingungen ist

                   

Der Leitungsdurchmesser kann wie folgt berechnet werden:



und danach bei einer maximal zugelassenen Strömungsgeschwindigkeit von 50 m/s der Leitungsdurchmesser mindestens

                   

Wir würden demzufolge vor dem Ventil die Rohrleitungsnennweite DN 50 und hinter dem Ventil DN 100 empfehlen.

Anhand der errechneten Daten und unter Berücksichtigung der besonderen Betriebsbedingungen entscheiden wir uns für das doppelsitzige Druckminderventil DM 401ZK DN 50/80, K_vs - Wert 16 m³/h, Einstellbereich 15-25 bar, mit einstellbarer Dämpfungseinrichtung und gepanzerten Sitzen und Kegeln, - eine Ausführung, die sich in vielen Rußblassystemen bewährt hat.

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