Die Bedeutung eines Sanftanlaufs für kritische Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern

Oct 25, 2023

1. Mai 2023 Durch gesponserte Inhalte

Bei der Auswahl eines Ventils müssen viele Parameter berücksichtigt werden. Wenn es sich jedoch um empfindliche Geräte handelt und Präzision für die Anwendung von entscheidender Bedeutung ist, wie beispielsweise bei Flüssigkeitsanalysen, sollten die Eigenschaften des Abhebens der Strömung berücksichtigt werden, da der anfängliche Durchfluss überraschend wirken kann Auswirkungen auf die Lebensdauer und den Betrieb des Systems insgesamt haben. Wenn ein Ventil beispielsweise einen plötzlichen Durchflussstoß zulässt, kann dies zu einem hydraulischen Schock (auch als Wasser- oder Flüssigkeitsschlag bezeichnet) führen. Dies ist in Diagramm 1 zu sehen, wo der eingekreiste Bereich einen scharfen Durchflussanstieg zeigt, der beim Abheben oder Öffnen des Ventils auftritt.

Häufige Ursachen für abruptes Abheben

Abruptes Abheben ist typischerweise darauf zurückzuführen, wie die innere Dichtfläche des Einlasses (normalerweise eine Düse) mit der Betätigungsdichtfläche des Ventils in Kontakt kommt, bei der es sich – am häufigsten – um einen Teller handelt, an dessen Oberfläche Gummi haftet. Leider kann es aufgrund der Beschaffenheit von Gummi (Viton, EPDM usw.) zu Verklebungen, Verformungen und Zersetzung kommen, was unter bestimmten Umständen dazu führt, dass der Ventilkegel an der Düse haftet, bevor er sich plötzlich löst. Auch mechanische Unregelmäßigkeiten können einen plötzlichen Anstieg des Durchflusses verursachen oder dazu beitragen, diese sind jedoch sehr spezifisch für die Konstruktion des Ventils, wie etwa Feder- oder sogar Reibungskräfte.

Bestimmte Arten von Ventilen verfügen über Eigenschaften, die sie besser zur Reduzierung von Strömungsabhebungen oder Druckstößen und Hämmern geeignet machen, z. B. Absperrschieber, Kugelhähne oder Nadelventile. Um den Anströmstrom in Ihrer Anwendung zu begrenzen, muss die Arbeitsöffnung des Ventils in seinem freien Bereich variabel sein. Ein typisches Steuerventil, wie z. B. ein Teller- oder Schieberventil, hat eine feste Öffnung und daher wirkt der Auftrieb an der Dichtfläche über den gesamten Umfang der Öffnung. Dies führt zu einem anfänglichen Anstieg des Durchflusses. Beispielsweise würde eine Öffnung von 0,006 mit einem kontrollierten Hub von 0,001 einem vollen Durchfluss von 6,5 % entsprechen, was einem abrupten Abheben oder Sprung entspricht.

Auswirkungen des Flusses auf System und Anwendung

Ein hydraulischer Schock kann zu Vibrationen, Lärm und sogar zum Bruch/Versagen von Rohren oder Dichtungen führen. Insbesondere bei empfindlichen Systemen ist die Gewährleistung eines reibungslosen, gleichmäßigen Abhebens des Durchflusses von entscheidender Bedeutung, und zwar nicht nur für die Lebensdauer oder den Wartungsplan der Maschine. Plötzliche Flussänderungen, wie kurz sie auch sein mögen, können bei kontrollkritischen Anwendungen wie Medikamenten- oder Beatmungskontrolle, aber auch in Fällen, in denen Instrumente zur Messung von Systemaspekten eingesetzt werden, wie beispielsweise Miniatur-Blutdruckmanschetten, besonders schädlich und kostspielig sein. Eine plötzliche Durchflussspitze kann zu hoch und zu schnell sein, als dass ein Messgerät sie rechtzeitig messen und weiterleiten könnte, was zu einem ungenauen oder unvollständigen Messwert führt.

Diagramm 1: Abruptes Abheben

Diagramm 2: Sanftanlauf

Einfluss des Flusses auf das Medium

Starke Strömungsspitzen können auch dazu führen, dass vorzeitige oder übermäßige Medienmengen in die Leitungen gelangen, was bei kritischen Anwendungen wie der Probenextraktion zur Verschwendung teurer Reagenzien/Lösungsmittel oder sogar zu ungenauen Analysen führen kann. Es ist auch der Zustand des Mediums selbst zu berücksichtigen, beispielsweise Blut oder andere empfindliche Flüssigkeiten, die anfällig für Hämolyse oder homolytische Spaltung sind und in denen die Zellen oder Verbindungen in der Flüssigkeit zerfallen. Turbulenzen verstärken die Lockerung chemischer Bindungen, so dass durch die Minimierung von Störungen oder Stößen in der Strömung die Zerstörung oder Zerstörung empfindlicher Proben verhindert wird. Daher muss ein Ventil für empfindliche Anwendungen ein Strömungsprofil bieten, das turbulente Strömungen minimiert und so Komponenten, interne Instrumente und Flüssigkeitszusammensetzung vor Schäden schützt. Um dies zu erreichen, werden „Sanftanläufe“ empfohlen (siehe Diagramm 2). Im Gegensatz zu den gezeigten vorherigen Abhebevorgängen sorgt ein „Sanftanlauf“ für eine sanfte Einführung des Flusses, bevor er sanft in eine proportionale Flussrate übergeht (pro Strom oder bereitgestellten Schritten).

Kurvenkonsistenz

Es ist wichtig sicherzustellen, dass die Durchflusskurve von Ventil zu Ventil dem gleichen Trend folgt, insbesondere bei den Abhebeeigenschaften, um eine konsistente Produktion zu gewährleisten und Vertrauen in das Produkt zu schaffen. Schließlich ist eine überlegene Low-End-Steuerung, die einen Durchfluss im Mikroliterbereich ermöglicht, nur dann überlegen, wenn sie wiederholbar ist. Allerdings muss man auch anerkennen, dass keine zwei Ventile genau die gleiche Leistung erbringen, da keine zwei vollkommen identisch sein können; Daher sollte es einen Bereich geben, in dem stattdessen alle Ventile arbeiten. Bei der Auswahl eines Ventils sollte dieser Bereich bekannt und verstanden werden, damit alle Ventile innerhalb einer bestimmten Charge ausreichend einheitlich sind und in einer bestimmten Anwendung wie erwartet funktionieren können. Dies kann insbesondere Abhebevorgänge betreffen.

Daher ist es bei der Auswahl eines Ventils wichtig, die Abhebeeigenschaften des Ventils zu berücksichtigen und zu überlegen, ob es die Anwendung unterstützt oder behindert.

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