Как рассчитать требования к крутящему моменту привода клапана

Выбор подходящего привода для промышленного клапана – это не просто вопрос соответствия размера привода размеру клапана. Для четвертьоборотных клапанов, таких как шаровые краны и дроссельные заслонки,крутящий момент является одним из ключевых факторов, используемых для определения того, может ли привод надежно управлять клапаном..

Если крутящий момент привода слишком мал, клапан может не открыться, не закроется или не достигнет требуемого положения. Если размер привода значительно превышает размеры, оборудование может стоить дороже, чем необходимо, и может создавать ненужные механические нагрузки.

В этом руководстве объясняются основные факторы, используемые для расчета.Требования к крутящему моменту привода клапанаи как выбрать подходящий привод для промышленного клапана.

1. Что такое крутящий момент привода клапана?

Крутящий момент – это вращательная сила, необходимая для поворота клапана из одного положения в другое.

Для четвертьоборотных клапанов привод обычно поворачивает шток клапана примерно на 90 градусов.

Требуемый крутящий момент может меняться в течение рабочего цикла клапана. Например, дроссельной заслонке может потребоваться разный крутящий момент в начале открытия, во время вращения и вблизи полностью закрытого положения.

По этой причине выбор привода не должен основываться только на одном значении крутящего момента.

К основным факторам относятся:

• Тип клапана
• Размер клапана
• Рабочее давление
• Характеристики жидкости
• Дизайн сиденья
• Трение штока
• Рабочая температура
• Требуемый запас прочности

2. Базовый расчет крутящего момента клапана

Упрощенно отношения можно выразить так:

Требуемый крутящий момент привода = рабочий крутящий момент клапана × коэффициент запаса прочности

Например, если для клапана требуется рабочий крутящий момент 100 Нм, а выбранный коэффициент безопасности равен 1,25:

100 Нм × 1,25 = 125 Нм

Поэтому привод должен обеспечивать крутящий момент не менее 125 Нм при требуемых условиях эксплуатации.

Однако это лишь упрощенный расчет. При выборе фактического размера привода следует использовать данные о крутящем моменте, указанные производителем, и рекомендуемый рабочий крутящий момент, указанный производителем клапана.

3. Определите тип клапана.

Первым шагом является определение типа клапана, который приводится в действие.

Различные конструкции клапанов предъявляют разные требования к крутящему моменту.

Шаровые краны

Шаровые краны обычно требуют крутящего момента для преодоления:

• Трение сиденья
• Трение штока
• Дифференциальное давление
• Трение упаковки

Конструкция седла может существенно повлиять на требуемый крутящий момент.

Поворотные заслонки

Крутящий момент дроссельной заслонки может зависеть от:

• Положение диска
• Материал сиденья
• Дифференциальное давление
• Скорость жидкости
• Трение вала и подшипника

Требования к крутящему моменту могут значительно меняться на протяжении всего хода клапана.

Пробковые клапаны

Пробковые клапаны могут требовать относительно высокого крутящего момента из-за трения между плунжером и корпусом клапана.

Производитель клапана обычно должен предоставить данные о крутящем моменте для выбора привода.

4. Проверьте рабочее давление.

Перепад давления является еще одним важным фактором.

Когда давление действует на клапан, оно может увеличить силу, противодействующую движению клапана.

Для некоторых конструкций клапанов влияние перепада давления на крутящий момент может быть значительным, особенно при более высоких давлениях.

Поэтому соберите:

• Максимальный перепад давления
• Нормальное рабочее давление
• Минимальное рабочее давление
• Давление вверх по потоку
• Давление ниже по потоку

Не выбирайте привод только в соответствии с нормальным рабочим давлением, если во время работы клапан может испытывать более высокий перепад давления.

5. Учитывайте трение седла клапана и уплотнения.

Трение является одним из основных факторов, влияющих на рабочий крутящий момент клапана.

Материал и конструкция седла могут существенно изменить требования к крутящему моменту.

Например, клапаны с мягким и металлическим седлом могут иметь разные рабочие характеристики.

Уплотнительное трение вокруг штока клапана также может способствовать общему требуемому крутящему моменту.

По этой причине для двух клапанов одинакового размера и номинального давления может потребоваться разный крутящий момент привода.

6. Определите момент срыва, рабочий и фиксирующий момент.

Для многих четвертьоборотных клапанов полезно учитывать разные точки крутящего момента, а не использовать одно число.

Отрывной крутящий момент

Это крутящий момент, необходимый для начала перемещения клапана из полностью закрытого или полностью открытого положения.

Срывной момент может быть относительно высоким из-за статического трения и нагрузки на седло.

Рабочий крутящий момент

Рабочий крутящий момент — это крутящий момент, необходимый при движении клапана в рабочем диапазоне.

Посадка Крутящий момент

Удерживающий момент – это крутящий момент, необходимый для перемещения клапана в окончательное закрытое положение и достижения требуемого закрытия.

При выборе размера привода следует учитывать требования к максимальному соответствующему крутящему моменту.

7. Добавьте соответствующий коэффициент безопасности.

Коэффициент безопасности обеспечивает дополнительную мощность привода сверх расчетного или заданного крутящего момента клапана.

Например:

Крутящий момент клапана = 200 Нм

Коэффициент безопасности = 25%

Требуемый крутящий момент привода = 200 × 1,25 = 250 Нм.

Фактический коэффициент безопасности не должен выбираться произвольно.

Это зависит от:

• Конструкция клапана
• Рекомендации производителя
• Условия эксплуатации
• Тип привода
• Критичность сервиса
• Доступные размеры привода

Чрезмерные запасы безопасности могут привести к ненужному завышению размеров привода, тогда как недостаточный запас может привести к ненадежной работе клапана.

8. Крутящий момент пневматического и электрического привода

Метод, используемый для оценки мощности привода, также зависит от типа привода.

Пневматический привод

Для пневматического привода на выходной крутящий момент влияют:

• Давление подачи воздуха
• Размер привода
• Конструкция поршня или диафрагмы
• Пружинная конфигурация
• Трение
• Рабочее положение

Для привода с пружинным возвратом доступный крутящий момент может различаться в направлениях открытия и закрытия.

Поэтому таблицу крутящих моментов привода следует проверять при фактическом давлении подачи воздуха.

Электрический привод

Для электрического привода важными факторами являются:

• Номинальный выходной крутящий момент
• Пусковой крутящий момент
• Рабочий крутящий момент
• Крутящий момент посадки
• Рабочая скорость
• Рабочий цикл
• Источник питания

Привод должен обеспечивать достаточный крутящий момент на протяжении всего требуемого рабочего цикла.

9. Пример простого расчета крутящего момента

Предположим, что четвертьоборотный клапан имеет указанный производителем максимальный рабочий крутящий момент:

150 Нм

Предположим, что требуется запас по размеру 20%.

Расчет такой:

150 Нм × 1,20 = 180 Нм

Таким образом, выбранный привод должен обеспечивать как минимум180 Нмв соответствующем рабочем состоянии.

Если привод пневматический, это значение необходимо сверить с фактическим выходным крутящим моментом привода при имеющемся давлении воздуха.

Если привод электрический, номинальный крутящий момент и рабочие характеристики следует проверить на соответствие требованиям к клапану.

Этот пример предназначен для объяснения метода расчета. При выборе фактического привода следует использовать технические данные производителя клапана и привода.

10. Распространенные ошибки при выборе размера привода

Некоторые ошибки могут привести к неправильному выбору привода.

Использование только размера клапана

Клапан большего размера автоматически не требует пропорционально большего привода.

Крутящий момент зависит от конструкции клапана, давления, конструкции седла и условий эксплуатации.

Игнорирование максимального перепада давления

Выбор размера, основанный только на нормальном давлении, может привести к недостаточной производительности привода в условиях высокого давления.

Использование только одного значения крутящего момента

Момент трогания с места, рабочий и посадочный могут быть разными.

Увеличение размера привода

Привод слишком большого размера может увеличить стоимость и создать ненужную нагрузку на шток клапана и механические компоненты.

Игнорирование давления подачи воздуха

Для пневматических приводов доступное давление воздуха напрямую влияет на выходную мощность привода.

Не проверять таблицу крутящих моментов производителя.

Данные о крутящем моменте, предоставленные производителем клапана, следует рассматривать как важную справочную информацию при выборе привода.

11. Информация, необходимая для выбора привода

При запросе расценок на привод предоставьте как можно больше следующей информации:

• Производитель клапана
• Модель клапана
• Тип клапана
• Размер клапана
• Номинальное давление
• Рабочее давление
• Максимальный перепад давления
• Рабочая температура
• Жидкость/среда
• Требуемое отключение
• Данные о крутящем моменте клапана
• Требование открытия или закрытия при отказе
• Пневматический или электрический привод
• Давление подачи воздуха
• Источник питания
• Сигнал управления
• Рабочая скорость

Предоставление этой информации позволяет поставщику проверить комбинацию привода и клапана, а не выбирать привод только на основе номинального размера клапана.

12. Окончательный выбор

Расчет крутящего момента привода клапана начинается с определения фактического крутящего момента, необходимого клапану в условиях его эксплуатации.

Основной подход:

1. Определите тип клапана.

2. Получите данные о крутящем моменте производителя.

3. Проверьте максимальный перепад давления.

4. Учитывайте момент трогания с места, рабочий момент и момент посадки.

5. Примените соответствующий запас прочности

6. Сравните требование с выходным крутящим моментом привода.

7. Проверьте полную конфигурацию клапана и привода.

Для промышленного применения при выборе привода следует учитывать все условия эксплуатации, а не полагаться на простую таблицу размеров клапана и привода.

Мы можем поставитьпневматические и электрические приводыдля промышленной регулирующей и технологической арматуры, включая решения отRotork, AUMA, Limitorque, SIPOS и другие производители..

Если вы не уверены в требуемом размере привода, укажите модель клапана, размер, давление, среду, условия эксплуатации и доступный источник воздуха или питания. Мы можем помочь проверить необходимый крутящий момент и конфигурацию привода.