Hoe Werkt een Overdrukventiel

Overdrukkleppen zijn essentieel om hydraulische en pneumatische systemen onder de ingestelde druk te houden. Afhankelijk van de installatie kunnen ze ofwel:

• De stroomafwaartse druk verlagen tot een constant niveau wanneer deze een drempel overschrijdt.
• Aanhoudende druk beneden- of bovenstrooms van de klep handhaven.
• De pieken of drukpulsen verminderen om stroomafwaartse apparatuur te beschermen

Dit artikel is een uitgebreid overzicht van overdrukventielen, waarin hun ontwerp, werkingsprincipe, toepassingen en de installatie ervan in een systeem worden uitgelegd.

Inhoudsopgave

• Ontwerp en werking van overdrukventielen
• Toepassingen van overdrukventielen
• Verschillen tussen overdrukventielen en veiligheidsventielen
• Selectiecriteria
• Installatie overdrukventiel
• FAQs

Ontwerp en werking van overdrukventielen

Het ontwerp en de werking van overdrukkleppen verschilt per type. Dit hoofdstuk behandelt het ontwerp en de werking van de volgende overdrukventielen:

• Direct werkend overdrukventiel
• Gebalanceerde indirect gestuurde overdrukventiel
• Op afstand bediende overdrukventiel
• Elektrisch overdrukventiel

Direct werkend overdrukventiel

Zoals in figuur 2 (links) te zien is, heeft een direct werkende overdrukventiel een inlaat, een uitlaat en een doorstroomregelmechanisme (d.w.z. schotel, kogel of membraan) dat ondersteund wordt door een instelbare veer. Overdrukkleppen hebben twee ontwerpen voor het afstellen van de veer: extern en intern. Een extern ontwerp maakt aanpassing van de veer mogelijk met een knop of hendel die op de buitenkant van de klep wordt geschroefd. Een intern ontwerp heeft een moer of schroef in de behuizing van de klep die in beide richtingen draait om de veer losser of stijver te maken. Het interne ontwerp vereist een gedeeltelijke demontage van de klep om de stijfheid van de veer aan te passen.

Een direct werkend overdrukventiel beperkt de druk in een systeem die boven een bepaalde grens stijgt. De veer (figuur 2 met opschrift A) in de klep, die al dan niet verstelbaar is, bepaalt de limiet. Indien de mediadruk van het systeem niet hoog genoeg is, opent deze niet het openingsmechanisme van de klep (figuur 2 met label B), dat meestal een schijf of schotel is.

Het openingsmechanisme begint te openen wanneer de mediadruk de barstdruk van de klep bereikt. Een overdrukventiel loost bepaalde media in de lucht, in het geval van luchtcompressoren, of in een tank, in het geval van hydraulische systemen. Dit vertraagt de snelle drukopbouw in het systeem.

Wanneer de druk van het systeem ten slotte de ingestelde drukgrens van de overdrukventiel bereikt, wordt de klep volledig geopend en worden alle media door de klep afgevoerd. Dit stopt de werking van alle stroomafwaartse componenten totdat de druk voldoende afneemt om de klep te laten sluiten. Het verschil tussen de barstdruk van de klep en de werkelijke instelling van de overdrukklep is meestal minstens 13,8 bar (200 psi).

Gebalanceerde indirect gestuurde overdrukventiel

Een gebalanceerd indirect werkend overdrukventiel heeft een inlaat, een uitlaat en twee schotelkleppen: de hoofdschotel en een stuurklep. Beide poppets zijn veerondersteund. Een zachte, niet-regelbare veer ondersteunt de hoofdschotel, en een veel stijvere, regelbare veer ondersteunt de stuurschotel. Een stuurgat laat media stromen van de inlaat naar boven de hoofdschotel en naar de stuurschotel. Ook stroomt er media van de inlaat tot onder de hoofdschotel. Als de hoofdklep omhoog komt, stroomt het medium van onderen naar de uitlaat.

Omdat de media zich boven en onder de hoofdschotel bevinden, en de boven- en onderkant van de schotel ongeveer dezelfde oppervlakte hebben, is de druk aan elke kant van de schotel gelijk. Zo kan de zachte veer de klep gesloten houden tegen hoge systeemdrukken.

De stuurklep is een direct werkende klep die de drukinstelling van de overdrukventiel bepaalt. Wanneer de druk in het systeem zo hoog wordt dat de stuurpoppet open gaat, kunnen de media boven de hoofdschotel langs de stuurpoppet naar de uitlaat stromen. Dit veroorzaakt een drukval boven de hoofdschotel, waardoor deze opengaat en de media eronder naar de uitgang van de klep kunnen stromen.

Het voordeel van een gebalanceerde indirect werkend overdrukventiel is dat de drukoverschrijding (het verschil tussen het openen en de aanspreekdruk van de klep) veel kleiner is dan bij een direct werkende overdrukventiel. Een kleinere overdruk voorkomt onnodige warmteontwikkeling en vermindert het energieverbruik in een hydraulisch systeem.

Op afstand bediende overdrukventiel

Een op afstand bediende overdrukventiel is hetzelfde als een indirect werkend overdrukventiel, op één verschil na. Deze overdrukventiel heeft een ontluchting die via een lange, smalle slang verbonden is met een direct werkend overdrukventiel. Het direct werkende overdrukventiel bevindt zich doorgaans op een aanzienlijke afstand, handig geplaatst op een bedieningsconsole.

Media in een systeem volgen altijd de weg van de minste weerstand. Dus wanneer een operator de drukinstelling van de externe overdrukventiel aanpast tot onder de drukinstelling van de stuurklep, neemt de externe klep de controle over het aanpassen van de maximale drukinstelling van het systeem. De bediening keert terug naar de stuurklep wanneer de operator de drukinstelling van de externe overdrukventiel aanpast tot boven die van de stuurklep.

Elektrisch overdrukventiel

Een elektrisch overdrukventielsysteem maakt gebruik van een op afstand bediende overdrukventiel die verbonden is met meerdere direct werkende overdrukventielen. Elke direct werkende overdrukventiel is verbonden met een magneetventiel die regelt of er al dan niet media naar de overdrukventiel kunnen stromen.

De direct werkende overdrukventielen hebben een lagere drukinstelling dan de hoofdoverdrukventiel. Drie direct werkende overdrukkleppen kunnen bijvoorbeeld drukinstellingen hebben van respectievelijk 1000, 2000 en 3000 psi (70, 138 en 207 bar). De hoofdoverdrukventiel kan een drukinstelling hebben van 4000 psi. Wanneer een magneetventiel wordt ingeschakeld en geopend, zullen de media de weg van de minste weerstand volgen en naar het overdrukventiel met de laagste instelling stromen. Met deze opstelling kan een systeem snel verschillende drukinstellingen doorlopen, bijvoorbeeld een persmachine in een fabriek.

Toepassingen van overdrukventielen

Cavitatie vermijden

Cavitatie treedt op wanneer de druk in een vloeistof snel daalt tot onder de dampdruk. Als een centrifugaalpomp tegen een gesloten systeem pompt, moet de overdruk binnen het pomphuis worden afgevoerd. Dit veroorzaakt gebieden met lage druk, wat cavitatie kan veroorzaken.

Door proportioneel te openen met toenemende druk, omzeilen de overdrukventielen de behuizing. Hierdoor wordt de overdruk langzaam afgevoerd. En door cavitatie te voorkomen, wordt de levensduur van de pomp verlengd. Lees meer in onze gidsen over cavitatie en flashing en cavitatie in pompen, kleppen en leidingen.

Koel/verwarmingscircuits

De stromen kunnen aanzienlijk variëren bij intermitterende belasting of tijdens het opstarten of afsluiten. Door reacties van aangesloten ketels of reactoren kan de druk onevenredig stijgen of dalen met de input die door de gebruiker gecontroleerde apparatuur (bv. pompen en warmtewisselaars) genereert. Overdrukventielen helpen onverwachte drukveranderingen in verwarmingscircuits te voorkomen.

Systemen met gevoelige apparatuur

Ook in pneumatische systemen met meerdere componenten kan een te hoge druk de apparatuur beschadigen. Een overdrukventiel kan voortijdige uitval van apparatuur voorkomen en kan deel uitmaken van een preventief onderhoudsplan.

Lees hoe een overdrukventiel geschikt is voor zwembadtoepassingen naast een zwembadfilterdrukmeter.

Verschillen tussen overdrukventielen en veiligheidsventielen

Overdrukventielen hebben een continue, proportionele werking (figuur 3 met opschrift 1), terwijl veiligheidsventielen dat niet hebben (figuur 3 met opschrift 2). Overdrukventielen zijn een operationeel onderdeel van vloeistofsystemen en niet alleen een veiligheidsvoorziening. Bij normaal bedrijf is het gebruikelijk dat het overdrukventiel continu geopend is om het systeem weer in evenwicht te brengen.

Veiligheidsventielen daarentegen moeten alle energie die een systeem kan binnendringen, verwijderen om systeemuitval te voorkomen. Na de eerste opheffing van de schijf wordt het gebied waarop de druk werkt groter en neemt de kracht op de veer aanzienlijk toe. De aanzienlijke kracht veroorzaakt de knallende eigenschap van een veiligheidsventiel.

In plaats van te lozen in een lagedrukzone van het circuit, lozen veiligheidsventielen in de atmosfeer en blijven dat doen zelfs kort nadat de druk in het systeem is teruggekeerd tot de aanspreekdruk. Aangezien veiligheidsventielen drukvaten beschermen, stoppen zij pas met lossen wanneer een veilige situatie is bereikt.

Het verschil in werking tussen een overdrukventiel en een veiligheidsventiel is waarneembaar in de drukkarakteristieken. Deze kleppen staan afwisselend volledig open (figuur 3 met opschrift A) en volledig gesloten (figuur 3 met opschrift B).

• Blowdown: Het overdrukventiel (figuur 3, F) is veel smaller dan het veiligheidsventiel (figuur 3, G). Dit betekent dat er een veel kleiner verschil is tussen de aanspreekdruk en de sluitingsdruk, waardoor hij sneller sluit.
• Sluitdruk: De sluitdruk (figuur 3 met opschrift C), is de druk waarbij de klep sluit. Overdrukventielen sluiten proportioneel, in de buurt van de aanspreekdruk (figuur 3 met label D), terwijl veiligheidsventielen verder van de aanspreekdruk afsluiten.
• Maximale overdruk: Overdrukventielen beginnen te sluiten nabij de maximale overdruk (figuur 3 met het label E), terwijl veiligheidsventielen veel verder van de maximale ontlastdruk af sluiten.
• Pruttelen: Veiligheidsventielen hebben een ruime pruttelwaarde (figuur 3 met opschrift H), die de opbouw is tot de klep opengaat.

Selectiecriteria

Bij de keuze van een overdrukventiel moeten de volgende criteria in aanmerking worden genomen. Lees onze gids over het selecteren van ontlastkleppen en veiligheidskleppen voor meer informatie.

• Minimum/maximum werkdruk: Zorg ervoor dat de overdrukventiel compatibel is met de drukgrenzen van het systeem.
• Behuizing- en afdichtingsmaterialen: Zorg ervoor dat de onderdelen van de overdrukventiel compatibel zijn met de media.
• Afvoerstroom: Zorg ervoor dat de overdrukventiel de juiste grootte heeft om tijdens een extreem scenario voldoende af te voeren.
• Instelbaar/niet-instelbaar: Een instelbaar overdrukventiel is voordelig als de gewenste insteldruk onbekend is of mogelijk verandert tijdens de levensduur van de klep.

Installatie overdrukventiel

Overdrukventielen werken het best stroomafwaarts van hogedrukzones in een systeem. Een veel voorkomende toepassing is de installatie van een overdrukventiel bij de uitlaat van een pomp. Lees onze gids over het installeren van overdrukventielen en veiligheidsventielen voor meer informatie.

FAQs

Vermindert een overdrukventiel de doorstroming?

Ja, maar dat gebeurt alleen als de druk hoger is dan de ingestelde druk. Tijdens de normale werking mag de druk het ingestelde niveau niet overschrijden en blijft de overdrukventiel gesloten.

Waarop moet u letten bij de keuze van een overdrukventiel?

Maximaal debiet, maximale druk en de aard van het medium. Corrosieve media kunnen andere afdichtingen, membraan of behuizing vereisen. Zorg ervoor dat de klep de vereiste goedkeuringen voor uw toepassing heeft.

Kunnen overdrukventielen waterslag voorkomen?

Ja - bepaalde modellen wel. Om waterslag volledig te vermijden, moet een specifiek model worden gebruikt dat geschikt is voor zowel het hoge debiet als de hoge drukverschillen die bij waterslag voorkomen.

Zijn er nadelen verbonden aan het gebruik van overdruk-/overloopkleppen in een bypass?

Het grootste nadeel is het verlies aan energie. Alles wat door de klep wordt gepompt, wordt per definitie niet stroomafwaarts gebruikt. Voor korte periodes is dit meestal geen probleem.