Как подобрать размер привода клапана: Расчёт крутящего момента & Коэффициент безопасности

Мы производим актуаторы в DELCO, И примерно каждый пятый запрос на размер, который попадает на нашу почту, оказывается ошибочным. Немного. Кто-то выбрал номер крутящего момента в техническом описании клапанов, умножил на 1,25, и заказал. Затем актуатор заглохивает в первый же холодный утро, клапан полностью высох от смазки, а 16 бар лежит напротив сиденья.

Хорошая новость: Размер привода — это семиступенчатый процесс, И каждый шаг механический, когда знаешь порядок. В этом руководстве подробно описано с обработанными числами, Факторы безопасности, которые мы действительно используем при производственных заказах, и ошибки, которые мы замечаем до отправки.

Быстрый ответ

Размер привода, умножая максимальный спрос на крутящий момент клапана — обычно при отрыве или сиденьи, при худшем давлении и температуре — коэффициент безопасности 1,25–1,5 (до 2.0 для грязного или безопасного отключения обслуживания). Затем выберите привод, выход которого превышает это значение при минимальном давлении подачи. Для установок с пружинным возвратом, Проверьте также ход пружины, Не только воздушный ход.

Что вам нужно перед началом

Четыре входа, Без исключений:

1. Данные о крутящем моменте клапана От производителя — Breakaway, Бег, и крутящий момент сидения при заданной перевале давления
2. Ваши худшие условия эксплуатации — максимальное перепаде давления, Температура среды, Материал сиденья
3. Спецификация привода — электрический или пневматический, Давление питания или напряжение, Направление аварийной безопасности, если оно такое
4. Максимальный допустимый крутящий момент клапана и размеры крепления по ISO 5211 (напечатано на техническом характеристике клапана или на стандарте интерфейса производителя)

Если отсутствует пункт 1, Производитель клапанов цитирует крутящий момент "По запросу" это само по себе тревожный сигнал. Существуют формулы оценки (Мы покажем одну), но они должны быть на стадии предложения, Никогда не заказывать заказ.

Шаг 1: Получите три числа крутящего момента клапана

Клапан на четверть оборота не имеет одного крутящего момента. У него есть крутящий момент Кривая, И три точки на этой кривой решают всё:

Breakaway — это то, где размер не справляется. На плавающем шаровом клапане с PTFE-седлами, шарик вдавливается в седло под давлением линии, пока клапан закрыт; Материал сиденья холодно переходит в поверхность шара. Оставьте клапан закрытым на шесть месяцев, и отрывной момент, измеренный на 180-й день, может быть на 20–30% выше технического листа. Мы видели это на защитных клапанах очистки воды, которые никогда не циклируются.

Нет технического листа? Для оценок на этапе предложения плавающего шарикового клапана с PTFE, Приблизительная оценка трения сиденья равна:

T_break ≈ K × d² × ΔP, с K ≈ 0.03–0.06 для PTFE, d = диаметр цилиндра в мм, ΔP в бар — затем проверьте результат по опубликованным таблицам крутящего момента того же размера и класса. Если ваша оценка совпадает далеко от таблиц, Оценка ошибочна. (Теоретические уравнения трения обеспечивают быстрые оценки на стадии предложения, Заводские таблицы крутящего момента при перефлекторном давлении всегда имеют приоритет— формулы редко фиксируют деформацию сиденья при реальном давлении траектории.)

Шаг 2: Задайте худшие условия

Значения крутящего момента не имеют значения без соответствующих условий. Технические характеристики указывают крутящий момент при указанном размене давления; Ваша задача — подобрать размер под давление, которое клапан действительно будет видеть, не тот, кого обычно видит.

Четыре проверки состояния, в порядке частоты пропуска:

• Максимальный ΔP, Не номинально. Насос в конце концов приводит к мертвам голов. Размер до этого числа.
• Температура. Трение седла PTFE увеличивается с температурой; выше 200°C вы всё равно на металлических сиденьях с их собственным профилем трения. Добавить поля.
• Медиа. Чешуёйчатая вода, Суспензия, или кристаллизующий продукт со временем приваривает сиденье к шару. Это поднимает вас на уровень фактора безопасности.
• Время между циклами. Клапан, который работает каждый час, ведёт себя иначе, чем тот, что стоит закрытым целый сезон. Спящие клапаны ESD — классический ловушка: Первый спрос на крутящий момент возник после многих лет без движения.

Шаг 3: Выберите управляющий крутящий момент

Сопоставьте цифры по худшим условиям и возьмите самое высокое:

• Шаровые клапаны: Обычно управляет отрыв; Места идут на втором месте
• Упругие заслонки с упругим посадкой: Отделение и рассадка по управлению; Проверьте динамический крутящий момент, если клапан резко движется на высокой скорости
• Тройной смещенный бабочковый заслонок: Breakaway проходит 2–3× крутящий момент в бегу., Благодаря сиденью с кулачковым управлением

Запишите управляющее число вместе с его единицами. N·m, не "Около ста." Он идёт во всё, что происходит ниже по течению..

Шаг 4: Примените коэффициент безопасности

Теперь разница. Фактор безопасности существует потому, что данные о крутящем моменте имеют производственную допуск (±15–20% между одинаковыми клапанами — это норма), Давление подачи колеблется, Упаковка с годами становится тугой, и возраст мест. Это стол, с которого мы работаем:

Раньше мы ставили 1.25 по всем направлениям работы с чистой водой. Затем клиент из пищевых растений запустил линию дозирования, которая кристаллизовалась при каждом остановке по выходным, и три привода подряд сработали свои гидротрансформаторы при запуске в понедельник. Их "Чистое обслуживание" был чист четыре дня из семи. Коэффициент обслуживания 1,5 был задействован при перестройке, и неудачи прекратились. Урок: Множитель следует следующему худший день, Не обычный день.

Шаг 5: Размер привода — при минимальном давлении подачи

Вот где пневматические и электрические размеры расходятся.

Пневматический. Производители публикуют соотношение крутящего момента по сравнению с давлением подачи. Размер по сравнению с минимум Давление поставки, которое гарантирует ваш завод, Не номинальный. Актуатор, выдавающий 150 Н·м при 6 барах, может выдавать едва 110 Н·м при 4,5 барах, до которых компрессор опускается во время пикового спроса. Этот спад — когда клапан решает не открываться. Для двухдействующих единиц, Этот единственный чек покрывает тебя.

Весеннее возвращение. Теперь проверьте оба удара отдельно. Воздушный ход открывает клапан (или закрывает её, В соответствии с вашим направлением провала); Ход пружины отталкивает его обратно при выходе из строя воздуха. Крутящий момент пружины падает по мере выдвижения пружины, Так что важное число — это крутящий момент пружины в конце хода — последние 10% путешествий, где крутящий момент сидений достигает пика. Актуатор, который чётко закрывает клапан на воздухе, но останавливается на 80% замкнувшихся только на пружиненом тяге, не подготовил свой размер, тихо, В таком смысле, что никто не замечает до момента Power Event.

Шаг 6: Проверьте, что клапан выдержит работу привода

Всё внимание привлекает недоразмер. Переразмер повреждает клапаны так же мёртвыми — просто это занимает больше времени.

У каждого клапана есть Максимальный допустимый крутящий момент выноса (МАЧТА) Предел. Чрезмерное затягивание может навсегда скрутить вынос или срезать приводную клавишу. Прикрутите двухдействующий актуатор мощностью 500 Н·м к клапану, у которого вынос выходит из строя при 300 м., а первый ход полного давления под заклинившим сиденьем скручивает вынос или трещина в корпусе. Чек — это одно деление: Максимальная мощность привода должна оставаться ниже допустимого момента стержня клапана.

Монтажный интерфейс ISO 5211 связан с этим. Фланец (F03 по F25) и квадратные размеры привода примерно по диапазонам крутящего момента отслеживания — F05 около 30–80 Н·м, F07 примерно 80–200 Н·м, F10 примерно 200–500 Н·м — то есть актуатор, который резко превышает свой класс фланеца, является признаком того, что сопряжение никогда не было проверено. Когда сомневаешься, Спросите у производителя клапанов допустимый крутящий момент на интерфейсе клапанов. Авторитетные публикуют её; Технические листы привода Эмерсона, например,, Пройдите одинаковый тест максимального стержня и крутящего момента.

Шаг 7: Корректируйте с учётом циклов электроэнергии

Электрические приводы Нужен ещё один проход:

• Включение/выключение сервиса (Служба S2): Размер по номинальному крутящему моменту при вашем допуске напряжения. Понятно.
• Модулирующая служба (Служба S4/S6): Мотор постоянно вращается назад, и накапливается тепло. Снижение мощности до 70–90% от номинала включения/выключения — проверьте таблицу рабочих циклов производителя — и убедитесь, что устройство действительно является модулирующей моделью, при этом плата управления и рабочий цикл соответствуют. Обычный актуатор с включением/выключением на контуре 4–20 мА сам готовится внутри четверти.
• Переключатели крутящего момента: Установлен выше самого необходимого крутящего момента, но ниже допустимого момента стержня клапана. Это окно — вся игра с шаровыми клапанами высокого давления.

(S2 = Открытый-закрытый сервис с включением/выключением; S4 = Сервис непрерывной модуляции/позиционирования).

Два работающих экземпляра

Пример 1: Электрический привод с шаровым клапаном (На дежурстве и вне)

• Основа проектирования: DN100 (4-дюймовый) Плавающий шариковый кран • PTFE седла • Чистая вода • 16 бар Max ΔP
• Сырые данные крутящего момента: Отрыв: 95 Н·м • Бег: 55 Н·м • Места: 90 Н·м
• Управление крутящим моментом: 95 Н·м (Отколовшиеся управляющие)
• Выбранный коэффициент безопасности: 1.3 (Редкое велосипедное сообщение)
• Требуемый целевая мощность: 95 Н·м × 1,3 = 123,5 Н·м
• Выбор актуатора: Выберите электрический привод с четвертью оборота 150 Н·м с креплением ISO 5211 F07.
• Проверка безопасности MAST: Убедитесь, что сваливание/максимальный крутящий момент привода остаётся ниже максимального допустимого момента стержня клапана (МАЧТА, обычно ≈ 200 Н·м для этого класса).

Пример 2: Пневматический привод с возвратным пружинным приводом (Защитная служба)

• Основа проектирования: DN150 (6-дюймовый) Концентрический бабочковый клапан • Седло EPDM • Водоснабжение • 10 бар ΔP • Требуется авария-закрытие
• Сырые данные крутящего момента: Отрыв: 70 Н·м • Места: 65 Н·м • Динамический пик: 48 Н·м
• Управление крутящим моментом: 70 Н·м (Отколовшиеся управляющие)
• Выбранный коэффициент безопасности: 1.25 (Чистая вода, Частые езды на велосипеде)
• Требуемый целевая мощность: 70 Н·м × 1,25 = 87,5 Н·м
• Операционные ограничения: Минимально гарантированное подача воздуха для установки: 5 бар
• Выбор актуатора: Выберите самую маленькую модель с возвратом пружины, где опубликованная таблица крутящего момента при 5 бар превышает 88 Н·м как в конце пневматического хода, так и в конце поршня пружины.
• Критическая проверка: Всегда проверяйте кривую крутящего момента при полном удлинении пружины — крутящий момент пружины в конце поршня — это именно та сила, которая закрывает клапан при отказе воздуха завода..

Распространённые ошибки при выборе размеров (Мы видим это в запросах)

1. Размер по движущему крутящему моменту. Актуатор с удовольствием вращает клапан на середине хода и глохнет у сиденья. Каждый раз.
2. Забывая о минимальном давлении подачи. Работы при вводе в эксплуатацию с новым компрессором, Сварки через два года.
3. Проверка только воздушного хода на пружинных возвратных установках. Функция отказа-закрытия, которую никто не тестировал, — это та, что запускает отчет о инцидентах на заводе.
4. Увеличение размера "Чтобы быть в безопасности" без проверки стержня и крутящего момента. Актуатор не глохнет; Вместо этого он ломает клапан.
5. Функция модуляции на актуаторе включения/выключения. Снижение рейтинга не является опцией на дежурстве в S4. Мотору всё равно, что обещает брошюра.
6. Использование номинального давления вместо максимального. Существует давление мёртвого головки. Размер для него.

С поля

Три привычки, которые мы выработали за годы цитирования пакетов клапанов и приводов:

• Спросите, как долго клапан находится закрытым. Ответ влияет на фактор безопасности больше, чем любая редакция технических характеристик.
• Приведите предложение по посылке, Не актуатор. Когда один и тот же поставщик предоставляет клапан и привод, Проверка крутящего момента и окно переключателя момента — это проблема одного отдела, а не обвинения двух поставщиков.
• Оставьте лист размеров вместе с заказом. Когда актуатор срабатывает крутящий момент в пятом году, Первый вопрос: "Каков был проектный запас?" Если никто не знает, Ты полностью переосмысливаешь размер с нуля.

FAQ

Какой коэффициент безопасности стоит использовать для привода клапана? 1,25–1,5 для чистого включения/выключения; 1.5–2.0 Для грязных медиа, Высокие температуры, или обязанности по ESD; до 2,5 для экстремальных комбинаций. Этот фактор должен покрыть ваш худший рабочий день, Включая старение клапанов, Не день ввода в строй.

Что такое отломный крутящий момент клапана? Крутящий момент, необходимый для того, чтобы сдвинуть элемент замыкания с сиденья из полностью закрытого (или открыт) Позиция. Для шариковых клапанов обычно это максимальный крутящий момент за ход поршня, И он растёт с временем пребывания в сиденье и разницей давления.

Может ли актуатор быть слишком мощным для клапана?? Да. Если максимальная мощность привода превышает допустимый крутящий момент клапана на вышивке, Заклинившее седло или посторонний предмет позволяет приводу скручивать стержень или трещины корпуса клапана. Всегда проверяйте максимальную выходную мощность привода с пределом стойки клапана.

Как влияет давление подачи Пневматический привод Размеры? Выходной крутящий момент масштабируется с давлением подачи. Размер с минимальным гарантированным давлением воздуха в установке, Не номинальный — и для приводов с возвратом пружины, Проверьте, что пружинная сторона соответствует требованиям крутящего момента независимо от воздуха.

Нужен ли электрическим приводам фактор безопасности? Да, Та же логика: Возраст мест, Упаковка затягивается, Стек допусков. Примените тот же множитель 1,25–1,5, и снижает мощность выхода привода для модуляции (S4) Дежурство, а не на дежурстве или вне.

Где найти данные о крутящем моменте клапана? Технический лист или таблица крутящего момента производителя клапанов, Опубликовано при заявленных перефференциях давлений и материалах сиденья. Если не будет опубликовано, Запрашивайте его перед заказом привода — сметайте только для предложений, Никогда не для заказов на покупку.

Не уверены в худшем случае с крутящим моментом или пределами MAST?

Подайте условия вашего конвейера [здесь]. Команда инженеров приложений DELCO проверит ваши спецификации, Проконсультируйтесь с вами по операционной марже, и предоставить индивидуальный лист для проверки размера актуатора, соответствующий расписанию вашего проекта.