Fachbericht von Dipl.-Ing. Michael Vullhorst, Versuchsleiter, ARI-Armaturen
Unter dem Absatz 5.2.6.4 „Absperrorgane“ der TA-Luft wird als Stand der Technik zur Abdichtung der Spindeldurchführungen von Absperr- und Regelorganen der metallische Faltenbalg mit nachgeschalteter Stopfbuchse oder gleichwertige Dichtungssysteme genannt. Die technisch bessere Wahl wäre oftmals der teurere Faltenbalg, allerdings wird weiterhin die bewährte Stopfbuchspackung als Spindelabdichtung gewählt. Als gleichwertig werden solche Dichtsysteme angesehen, die im Nachweisverfahren nach VDI 2440 die temperaturspezifischen Leckageraten einhalten.
Spezifische Leckageraten, Bezug: Schaftumfang Raumtemberatur (Tabelle: ARI-Armaturen)
Der Nachweis nach 3.1.3.3 der VDI ist an einem für das Dichtsystem repräsentativen Prüfling bei Temperaturen, Drücken und Spindel- bzw. Wellenbewegungen zu erbringen, welche die Betriebsbedingungen abdecken. Die Gleichwertigkeit des Dichtsystems ist nachgewiesen, wenn die Leckage für Temperaturen < 250 °C mit einer spezifischen Leckagerate von 10-4mbar*l/(sec*m) und für Temperaturen ≥ 250°C von 10-2 mbar*l/(sec*m) eingehalten ist.
Die EN ISO 15848-1 spezifiziert die Prüfbedingungen und -voraussetzungen wesentlich detaillierter, indem die Einstufung der Armaturen vorrangig nach Dichtheits-, Festigkeits- und Temperaturklasse erfolgt. In den Prüfvorgaben wird durch unterschiedliche Schaltzyklen und Hubbewegungen den signifikanten Anforderungen an Absperr- und Regelarmaturen Rechnung getragen. Im Unterschied zur TA-Luft wird ein Dichtheitskriterium für die statische Gehäusedichtung spezifiziert (≤ 50ppmv). Der Anwender hat damit die Möglichkeit, die zu erwartenden flüchtigen Emissionen der kompletten Armatur zu bewerten.
Die Qualifizierung bzw. Einstufung der Armatur ist durch eine Bauartenprüfung nachzuweisen. Die Ergebnisse sind bei identischer Konstruktion auf Ausführungen der Schaft- bzw. Wellen-Durchmesser von 50 bis 200 Prozent des Prüfmusters übertragbar.
Spezifische Leckageraten im Vergleich
Auch in der Norm ist die unter den Prüfbedingungen erreichte Leckagerate entscheidend. Insgesamt werden drei temperaturunabhängige Dichtheitsklassen spezifiziert, wobei die Klasse A eine Gleichwertigkeit für Dichtsysteme von z.B. Schwenkarmaturen mit einem Faltenbalg erwarten lässt. Seit November 2015 ist die Ausgabe 2015 gültig, deren Vergrößerung der Leckagerate für Klasse A näher an die TA-Luft adaptiert.
Aus der Tabelle wird ersichtlich, dass die Dichtheitsklasse A in jedem Fall das TA-Luft Kriterium erfüllt, Klassen B und C sind auf das jeweilige temperaturabhängige Kriterium zu prüfen.
Bauartprüfung der Tri-exzentrischen Absperrklappe Zetrix
Ein Prüfmuster der Absperrklappe (Schwenkarmatur-90° Verstellweg) versehen mit einer hochwertigen, unbefederten Graphitpackung zur Abdichtung der Wellendurchführung und eine Kammprofildichtung zur statischen Abdichtung des Bodenflansches wurde im akkreditierten Prüflabor der Firma Amtec entsprechend der DIN EN ISO 15848-1:2006 in zwei unterschiedlichen Temperaturklassen getestet und zertifiziert.
Einordnung der Ergebnisse nach TA-Luft
Die während der Prüfung gemessenen Leckageraten lagen immer unterhalb des Kriteriums von 10-4mbar*l/(sec*m) – auch dokumentiert durch die erreichte Dichtheitsklasse A. (siehe Tabelle „Temperaturklasse 1“) Somit kann das Dichtsystem unter den beschriebenen Prüfparametern als hochwertig im Sinne der TA-Luft angesehen werden.
Die während der Prüfung gemessenen Leckageraten lagen bis zum Ende deszweiten Temperaturzyklus und 500 mechanischen Zyklen immer im Bereich der TA-Luft Kriterien von 10-4mbar*l/(sec*m) bei RT bzw. 10-2mbar*l/(sec*m) für 400°C. (siehe Tabelle „Ergebnis Temperaturklasse 2“) Somit kann das Dichtsystem unter den beschriebenen Prüfparametern als hochwertig im Sinne der TA-Luft angesehen werden.
Eine dreifach exzentrische Absperrklappe Zetrix mit hochwertigen Dichtsystemen (Foto: ARI-Armaturen)
Ausblick und Herausforderungen
Die Wellenabdichtung der Tri-exzentrischen Absperrklappe Zetrix erreicht in der Temperaturklasse bis 200°C unter den Anforderungen der DIN EN ISO 15848-1 vollumfänglich das TA-Luft Kriterium. In der Temperaturklasse bis 400°C wird das Kriterium noch bis 500 Lastspiele in zwei Temperaturzyklen unterschritten, dadurch ist die Gleichwertigkeit mit einer Faltenbalg-Abdichtung nachgewiesen. Durch die Möglichkeit der spezifischen Klassifizierung nach der DIN EN ISO kann, wie im beschriebenen Beispiel aufgezeigt, die Leistungsfähigkeit einer Armatur hinsichtlich der Reduzierung und Begrenzung flüchtiger Emissionen eingestuft wer- den. Ein direkter Vergleich unterschiedlicher Ausführungen oder Einsatzparameter ist somit
möglich.
Die Einhaltung beider technischer Regelwerke stellt nicht unerhebliche fertigungs- und montagetechnische Herausforderungen bzw. Anforderungen an die Armatur. Nur durch Einhaltung enger Grenzen der Oberflächengüten von Welle und Stopfbuchsenbohrung, einer hochwertigen Lagerung in Verbindung mit einer gewissenhaft verspannten Stopfbuchse, sind entsprechende Leckageraten möglich.
Diplom-Ingenieur Michael Vullhorst beschreibt für die Armaturen Welt, wie moderner Umweltschutz a la Zetrix funktioniert.
Sehr gute Betriebsbewährung
Eine Tri-exzentrische Klappe Zetrix der Nennweite 350 wurde in einem ca. dreimonatigem Dauertest mit synthetischem Thermalöl auf der hauseigenen Anlage getestet. Dabei durchlief die Armatur elf Temperaturzyklen und 10.000 mechanische Zyklen zwischen RT bzw. 100 bis 350°C bei einem Mediendruck von ca. zehn bar. Mögliche Leckagen an der Wellendichtung werden dabei über einen Laternenring unterhalb der Stopfbuchsbrille abgeführt und aufgefangen. Über den gesamten Test traten keinerlei Leckagen auf. Das zeigt die Hochwertigkeit der beschriebenen Wellendichtung, auch unter praxisnahen Einsatzbedingungen und sichert die im Labor ermittelten Ergebnisse zusätzlich ab.