Wissenswertes

Gewaltige Wassermassen präzise geregelt

Das RIKO^® Ringkolbenventil

Regelarmaturen sind wahre Multitalente: Ausgeklügelte Technik macht diese Armaturen zu Regelprofis, ganz nach den Anforderungen jedes Kunden. Dabei steht immer Präzision bei der Regelung von gewaltigen Wasserströmen unter möglichst vollständiger Vermeidung von Kavitation an erster Stelle, denn die Regelung von Druck und Durchfluss in Wasserleitungsnetzen und die Regulierung des Wasserstands in Wasserbehältern ist eine der grundlegenden Disziplinen in der Wasserwirtschaft. Das stets begleitende Phänomen bei der Regulierung, die Kavitation, erfordert die Notwendigkeit nach Möglichkeiten zu suchen diese zu unterdrücken, um Vibrationen, Lärm und letztlich Schäden am Rohrleitungssystem zu vermeiden.

Ringkolbenventile vom Typ RIKO^® regeln Wasser stufenlos, auch bei hohen Druckdifferenzen und Durchflüssen. Im Gegensatz zu Absperrschiebern und -klappen, die überwiegend reine Absperrfunktionen in Rohrleitungsnetzen übernehmen, erfüllen Ringkolbenventile die speziellen Anforderungen des Regelbetriebes: Sie kommen immer dort zum Einsatz, wo Volumenströme genau dosiert oder Wasserdrücke exakt eingeregelt bzw. abgebaut werden müssen. Mittels spezieller Werkzeuge wie der UseCAD^® Control, basierend auf zertifizierten Regelkurven, können Ringkolbenventile, die selbst große Wassermassen exakt steuern, ganz nach den jeweiligen Bedürfnissen der Anwender ausgelegt und hergestellt werden.

Bauweise von Ringkolbenventilen

Kavitation und die Bewertung des Kavitationsgrades

Die größte Gefahr für die langfristig zuverlässige Funktion von Regelarmaturen ist Kavitation, die im Extremfall zu einer Beschädigung und Zerstörung des Armaturengehäuses beziehungsweise der nachfolgenden Rohrleitung führen kann.

Hydrodynamische Kavitation ist ein Phänomen, bei dem ein lokaler Anstieg der Geschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit einen erheblichen Druckabfall verursacht, was zur Bildung von Bläschen im Medium und anschließend zu deren Implosion führt. Die Kavitationsblase ist zum Zeitpunkt ihrer Entstehung mit einem Vakuum "gefüllt", wird aber sofort mit Dampf gefüllt oder es diffundieren Gase aus der umgebenden Flüssigkeit hinein. Wenn das Vakuum, das die Kavitation ausgelöst hat, verschwindet, implodiert die Blase und erzeugt eine Schockwelle, die eine zerstörerische Wirkung auf das umgebende Material hat.

Die durch die Implosion der Blase entstehende Mikroschockwelle hat eine Geschwindigkeit von etwa 1.000 m/s (3.600 km/h), und im Moment des Auftreffens dieser Welle auf die Oberfläche des Rohrs oder des Ventils kann der Druckwert deutlich über 100 MPa liegen.

Darüber hinaus erhöht sich die zerstörerische Wirkung während eines Massenkollapses, wenn es zu einer kaskadenartigen Implosion der gesamten Wolke von Kavitationsblasen kommt, was den gesamten Prozess der Materialerosion verstärkt.

Während des Entwicklungsprozesses erfolgt die Bewertung des Kavitationsgrades in der Armatur durch die Berechnung des Kavitationsfaktors (Sigma σ). Dieser hängt von der Größe des Durchflussbereichs ab, der normalerweise als Prozentsatz der Armaturenöffnung angegeben wird. Die sich daraus ergebende Auf-Zu-Betriebskurve des vorgeschlagenen Armaturensystems sollte oberhalb der errechneten Kavitationskurve liegen.

Vorteile von Regelarmaturen

Aufgrund der höheren Anschaffungskosten von Regelarmaturen werden in der Praxis häufig Absperrklappen zur Regelung eingesetzt. Der Einsatz von Absperrklappen ist unter bestimmten Voraussetzungen zwar möglich, es handelt sich aber nicht um eine vollwertige Regelung, sondern um eine Art "Drosselung" in engen Grenzen. Absperrschieber sind aufgrund ihres Konstruktionsprinzips für Regelungszwecke gänzlich ungeeignet. Für einen Anlagenbetreiber ist immer abzuwägen, ob die Lösung mit Absperrarmaturen letztendlich wirtschaftlich ist, da die Kosten für Stillstände und den Austausch von beschädigten Armaturen die Anschaffungskosten der Regelarmatur über die Lebensdauer der Regelarmatur deutlich übersteigen.

Im obigen Bild ist das Ergebnis der Modellierung der Absperrklappe und des Ringkolbenventils in der speziellen Berechnungsanwendung UseCAD^® Control zu sehen, die der Fachöffentlichkeit künftig als Teil der Anwenderplattform MyVAG online zur Verfügung stehen wird.

Das Diagramm zeigt deutlich, dass die Absperrklappe unter den gegebenen Bedingungen völlig ungeeignet ist, da sie über den gesamten Arbeitsbereich im Zustand der Kavitation arbeiten würde, während das Ringkolbenventil diesen Bereich nur bei vollständiger Öffnung erreicht. Kavitation führt zu einer Beschädigung einer fehlerhaft eingesetzten Armatur. Ein weiterer Grund, warum Absperrklappen für die Regelung ungeeignet sind, ist ihr nichtlineares Regelverhalten und die Tatsache, dass der Hauptregelbereich in der Regel nur im Bereich von 10-40% Öffnung liegt.

Anwendnungsgebiete und Einsatzbeispiele

Bereits 1932 kam der erste Typ des Ringschiebers, dem Vorläufer des heutigen RIKO^® Ringkolbenventils, auf den Markt und in den folgenden Jahrzehnten wurde dieser Armaturentyp stets intensiv weiterentwickelt mit dem Ziel, Kavitation auch bei großen Druckverlusten auszuschließen: Das Prinzip besteht darin, den Flüssigkeitsstrom zu lenken und seine Energie zu vernichten, indem der Strom in eine größere Anzahl von Strömen aufgeteilt wird. Zu diesem Zweck werden in den Armaturen perforierte Regelzylinder verwendet, deren Konstruktion auf der Grundlage der erforderlichen Betriebsparameter und der Funktion des Ventils ausgewählt wird. Der konstruktive Vorteil von Ringkolbenventilen besteht darin, dass sich der Zylinder in der Achse der Rohrleitung bewegt und unvermeidbare Kavitation in der Mitte der Strömung, d. h. außerhalb des Kontakts mit der Rohrwand, auftritt und ohne Folgen bleibt.

Dank der vielen Typen an Regelzylindern und deren Kombinationen in Armaturen mit Mehrstufenregelung wurde eine Reihe interessanter Installationsreferenzen beliefert und beweist Tag für Tag durch die funktionssichere Regelung von Abermilliarden Litern von Rohwasser, Trinkwasser oder Kühlwasser (mit Temperaturen von üblicherweise bis zu 50 °C) den hohen Qualitätsanspruch.

Die größten Ringkolbenventile der Welt sind derzeit die RIKO^® Ringkolbenventile DN 2400, die im Rudila-Wasserkraftwerk in der Provinz Yunnan, China, installiert sind.

Des Weiteren helfen mehrere große Ringkolbenventile vom Durchmesser DN 1800 und DN 2000 die 12 Millionen Einwohner von Mumbai, Indien, mit Trinkwasser zu versorgen. Und auch in Ankara, der Hauptstadt der Türkei, fließt Trinkwasser durch große Ringkolbenventile DN 1600. In der Tschechischen Republik leistet bereits seit über 30 Jahren ein Ringkolbenventil im Betrieb eines Papierzellstoffherstellers in der Versorgung der Produktionstechnik mit Wasser aus einem Rückhaltebecken seinen Dienst und hat dabei mehr als 1.000.000 Arbeitszyklen absolviert.

Erst kürzlich setzte die Landestalsperrenverwaltung Sachsen, Deutschland, auf besondere Ringkolbenventile in stahlgeschweißter Ausführung mit einem Innendurchmesser von 2000 mm in der Talsperre Pirk mit einem sehr breiten Einsatzbereich (unter anderem eine Abgabemenge im Drosselzustand mit unter 1m³/s).

Neben den exemplarischen Referenzen können Ringkolbenventile in unterschiedlichsten Anwendungen eingebaut werden und verrichten zuverlässig Ihre Funktion in vielen Talsperren und Staudämmen als Grundablassarmaturen, in Bypassleitungen von Wasserkraftanlagen, in Fernleitungen, in Wasseraufbereitungen oder Pumpstationen, in der Zulaufregelung von Hochbehältern, in Kühlwasserkreisläufen von Industrie- und Kraftwerksbetrieben oder auch in Trinkwassernetzen zur Mengen- und Druckregelung.

Neben den exemplarischen Referenzen können Ringkolbenventile in unterschiedlichsten Anwendungen eingebaut werden und verrichten zuverlässig Ihre Funktion in vielen Talsperren und Staudämmen als Grundablassarmaturen, in Bypassleitungen von Wasserkraftanlagen, in Fernleitungen, in Wasseraufbereitungen oder Pumpstationen, in der Zulaufregelung von Hochbehältern, in Kühlwasserkreisläufen von Industrie- und Kraftwerksbetrieben oder auch in Trinkwassernetzen zur Mengen- und Druckregelung.

VAG RIKO^® Ringkolbenventile - Präzise geregelt, präzise gelöst.