Dimenzovanie pohonu ventilu: Kompletná technická príručka krok za krokom pre spoľahlivú prevádzku

Čo vlastne znamená dimenzovanie pohonu ventilu

Správna odpoveď na otázku „Aký veľký by mal byť môj ovládač ventilu? je jednoduchý: pohon musí dodať väčší krútiaci moment, ako ventil požaduje, v najhoršom bode zdvihu, pri najnižšom stave prívodu, ktorý môžete zaručiť. Každá dobrá metóda dimenzovania je len štruktúrovaným spôsobom, ako dokázať túto jednu podmienku. Štandardné priemyselné východisko je a minimálna bezpečnostná rezerva krútiaceho momentu 25% nad maximálnym vypínacím momentom publikovaným výrobcom ventilu.

Pohon, ktorý je príliš malý, sa zastaví skôr, ako ventil dosiahne svoj koncový doraz, ponechá ventil len čiastočne otvorený alebo zatvorený, odoberie nadmerný prúd a prípadne zlyhá v dôsledku prehriatia alebo trvalého zastavenia. Príliš veľký pohon môže byť rovnako škodlivý: naráža ventil do jeho sediel, ohýba drieky, nadmerne zaťažuje obloženie a sťažuje presné ovládanie. Dimenzovanie preto nie je o výbere najväčšieho ovládača, aký nájdete. Ide o preukázanie, že spodný bod krivky pohonu leží nad horným bodom krivky momentu ventilu.

Zrátané a podčiarknuté: poddimenzovanie spôsobuje zlyhanie prevádzky, zatiaľ čo neuvážené predimenzovanie spôsobuje mechanické poškodenie. Zdokumentovaný výpočet krútiaceho momentu chráni ventil aj pohon a poskytuje projektovému tímu záznam, ktorý môže znova skontrolovať, keď sa zmenia podmienky procesu.

Hodnoty krútiaceho momentu, ktoré riadia každý výpočet veľkosti

Dimenzovanie začína údajmi o krútiacom momente od výrobcu ventilu. Pre štvrťotáčkový ventil potrebujete štyri hodnoty: vypínací moment, prevádzkový moment, koncový moment a maximálny uzatvárací moment pri vašom projektovanom diferenčnom tlaku. Pre lineárny ventil potrebujete ekvivalentné hodnoty ťahu. Bez tohto údajového listu je výber pohonu len dohadom.

Štvrťotáčkové ventily: zlom, chod a koncový krútiaci moment

• Zlomový moment je krútiaci moment potrebný na spustenie rotácie a uvoľnenie zo sedla gule, motýľového kotúča alebo zátky. Toto je zvyčajne najvyššia hodnota v cykle, najmä pre ventily s pružným sedlom, kde sedlo zviera uzatvárací člen.
• Krútiaci moment je krútiaci moment potrebný na udržanie pohybu ventilu. Pozostáva hlavne z trenia upchávky, trenia ložísk a prietokového momentu pôsobiaceho na disk alebo guľu.
• Koncový krútiaci moment sa objaví v úplne otvorenej alebo úplne zatvorenej polohe, čo je spôsobené stlačením sedla, zastavením pohybu a v niektorých konštrukciách zaťažením uzatváracieho člena procesným tlakom.

Lineárne ventily: Zaťaženie sedla, trenie tesnenia a nevyváženosť

• Zaťaženie sedadla je sila potrebná na zatlačenie zástrčky alebo brány do sedadla, aby sa dosiahla požadovaná trieda vypnutia. Často je vyššia pre ventily s kovovým sedlom ako pre ventily s mäkkým sedlom.
• Baliace trenie je odpor kĺzania vretena cez obalovú škatuľu. Stúpa ako upchávka starne a je vždy vyššia, keď je ventil v prevádzke počas niekoľkých cyklov.
• Hydraulická nevyváženosť je sila od procesného tlaku pôsobiaca na účinnú plochu zátky. Pre jednosedlový globálny ventil v prevádzke s vysokým poklesom tlaku môže tento výraz dominovať pri výpočte ťahu.

Postup dimenzovania ovládača ventilu krok za krokom

Tento postup použite pre nové ventily aj projekty modernizácie. Funguje pre pneumatické, hydraulické a elektrické pohony, pričom medzi jednotlivými technológiami sa mení iba výpočet dodávky krútiaceho momentu.

1. Požiadajte o momentový list ventilu. Získajte hodnoty prerušenia, chodu a koncového krútiaceho momentu pri maximálnom diferenčnom tlaku a maximálnej teplote. Všimnite si tiež rozmery pohonu vretena a veľkosť montážnej príruby.
2. Použite bezpečnostný faktor. Vynásobte najvyšší zverejnený krútiaci moment ventilu najmenej 1,25. Pre špinavé, abrazívne alebo vysokocyklové služby použite 1,5 alebo vyšší.
3. Definujte bezpečnú polohu. Rozhodnite sa, či ventil musí zlyhať pri otvorení, zlyhaní zatvorený alebo či zostane v polohe pri strate energie alebo vzduchu. To určuje typ pohonu a požiadavky na pružinu.
4. Potvrďte podmienky dodávky. Zaznamenajte si garantovaný minimálny pneumatický tlak, rozsah hydraulického tlaku alebo elektrické napájacie napätie dostupné na mieste pohonu.
5. Vyberte skúšobný pohon. Porovnajte výstupný krútiaci moment z katalógu pohonov pri minimálnom napájacom tlaku s požadovaným krútiacim momentom vrátane bezpečnostného faktora.
6. Skontrolujte každý bod krútiaceho momentu. Pri ovládačoch s vratnou pružinou skontrolujte uťahovacie momenty spustenia vzduchu, konca vzduchu, začiatku pružiny a konca pružiny. Pri dvojčinných pohonoch skontrolujte výstup pri minimálnom napájacom tlaku v oboch smeroch.
7. Skontrolujte čas zdvihu a príslušenstvo. Potvrďte, že pohon zdvihne ventil v rámci časového limitu procesu, či montážne rozhranie zodpovedá rozmerom ISO 5211 a či polohovače, koncové spínače alebo elektromagnetické piloty nepreťažujú výstup pohonu.

Táto sekvencia vyzerá jednoducho, ale v kroku overenia prežije väčšina chýb veľkosti. Pred schválením nákupu ovládača s vratnou pružinou vždy vykonajte štvorbodovú kontrolu krútiaceho momentu.

Bezpečnostné faktory: aká je dostatočná rezerva krútiaceho momentu

Bezpečnostný faktor je najjednoduchšia a najviac nepochopená časť dimenzovania pohonu. Nie je povolené vybrať náhodne väčší model. Je to zámerné zohľadnenie neistôt, ktoré sa objavujú v každej skutočnej inštalácii: tolerancia merania krútiaceho momentu, starnutie upchávky, opotrebovanie sedla, rozdielny tlak mimo projekt a znečistené procesné médiá. Každý z nich zvyšuje krútiaci moment, ktorý ventil skutočne vyžaduje v porovnaní s údajovým listom čerstvého ventilu.

Zapíšte si vybraný bezpečnostný faktor do technickej špecifikácie, aby ďalší technik alebo predajca ventilového balíka mohol presne reprodukovať váš výpočet. Marža, ktorá nie je zdokumentovaná, bude znovu prerokovaná na každom projektovom stretnutí a výsledkom je často zbytočne veľký aktuátor kúpený na urovnanie hádky.

Bezpečné dimenzovanie pri vrátení pružiny: Štvorbodová kontrola

Ovládač s vratnou pružinou vytvára v každej polohe iný krútiaci moment, pretože pružina sa stláča pri zdvihu ovládača. Krútiaci moment vzduchu je najvyšší, keď sa pohon prvýkrát začne pohybovať, a najnižší, keď je pružina úplne stlačená. Krútiaci moment pružiny je opačný: najnižší v otvorenej polohe, najvyšší v zatvorenej polohe. To je dôvod, prečo jediné číslo krútiaceho momentu nikdy nestačí pre pohon bezpečný pri poruche.

V prípade servopohonu s vratnou pružinou so zatvorenou pružinou skontrolujte tieto štyri prevádzkové body v poradí:

• Štart vzduchu (ventil zatvorený, vzduch je privádzaný): pohon musí prekonať moment zlomu ventilu tlakom vzduchu a začať otvárať. Spúšťací moment vzduchu musí byť väčší ako vypínací moment.
• Vzduchový koniec (ventil otvorený, pružina stlačená): krútiaci moment vzduchu je na najnižšom bode. Musí byť stále väčší ako krútiaci moment, inak sa ventil spomalí a zastaví skôr, ako dosiahne otvorenú polohu.
• Štart pružiny (ventil otvorený, odvzdušnený): pružina začne tlačiť ventil zatvorený. Štartovací moment pružiny musí byť vyšší ako prevádzkový moment, inak sa ventil zastaví uprostred zdvihu.
• Koniec pružiny (ventil zatvorený, pružina dosadená): krútiaci moment pružiny je maximálny. Uťahovací moment pružiny musí byť dostatočne vysoký, aby ventil úplne sedel proti diferenčnému tlaku.

Bežnou poruchou je kontrola iba momentu konca pružiny. V mnohých dizajnoch scotch-yoke klesá krútiaci moment vzduchu o 30% až 50% medzi otvorenou a zatvorenou polohou. Ak krútiaci moment na konci vzduchu klesne pod prevádzkový krútiaci moment, ventil sa bude počas normálnej prevádzky plaziť smerom k zatvorenej polohe a regulátor polohy bude celý deň bojovať s pohonom.

Spracovaný príklad: Dimenzovanie pneumatického pohonu pre škrtiaci ventil

Nasledujúci výpočet používa ilustratívne hodnoty. Pred rozhodnutím o kúpe ich nahraďte údajmi o krútiacom momente od vášho konkrétneho výrobcu ventilu.

Spracovateľský závod potrebuje automatizovať 6-palcový (DN150) pružne uložený škrtiaci ventil na izoláciu vody. Výrobca ventilu udáva vypínací moment 200 N·m , prevádzkový krútiaci moment 110 N·m a koncový krútiaci moment 90 N·m pri uzatváracom diferenciálnom tlaku 10 barov. Dostupné pneumatické napájanie je 5,5 baru . Ventil sa musí pri strate vzduchu zlyhať.

1. Požadovaný minimálny výkon = 200 N·m × 1,25 = 250 N·m .
2. Zatvorenie pri poruche znamená, že je potrebný ovládač s vratnou pružinou a moment konca pružiny musí byť aspoň 250 N·m.
3. Kandidátsky ovládač s vratnou pružinou dodáva: štart vzduchu 380 N·m, koniec vzduchu 300 N·m, začiatok pružiny 160 N·m, koniec pružiny 275 N·m, všetko merané pri napájaní 5,5 bar.
4. Štvorbodové overenie je zhrnuté v tabuľke nižšie.

Teraz skontrolujte ten istý pohon pri zníženom prívodnom tlaku 4 bary. Pneumatický výstup sa lineárne mení s tlakom: štart vzduchu sa stáva 380 × 4 ÷ 5,5 = 276 N·m a koncový vzduch sa stáva 218 N·m. Hodnoty pružiny sa nemenia. Rozpätie otvorenia sa zmenší zo 180 N·m na 76 N·m, ale konfigurácia stále prechádza. Toto je správny spôsob použitia kontroly tlaku: vždy overujte pri minimálnom napájaní, ktoré môžete zaručiť, nie pri nominálnom tlaku zariadenia.

Dimenzovanie hydraulického pohonu pre vysoký krútiaci moment a úzky priestor

Elektrické a pneumatické pohony získavajú väčšinu pozornosti vo všeobecných návodoch na dimenzovanie, ale hydraulické pohony ponúkajú najlepšiu hustotu výkonu zo všetkých troch technológií. Pretože hydraulický systém zvyčajne beží pri tlaku 70 až 210 barov namiesto 3 až 8 barov pre vzduch v rastline, kompaktný hydraulický valec môže produkovať krútiaci moment, ktorý by vyžadoval oveľa väčší pneumatický pohon.

Kroky dimenzovania pre hydraulické pohony

Pri dimenzovaní hydraulického pohonu sú dôležité dva rozdiely. Po prvé, maximálny výkon je nastavený nastavením poistného ventilu, nie maximálnym menovitým tlakom čerpadla. Po druhé, krútiaci moment ovládača sa vypočíta z efektívnej plochy piesta a diferenciálneho tlaku naprieč piestom v momente činnosti. Pracujte dozadu: najskôr vyberte nastavenie poistného ventilu, pretože definuje hornú hranicu krútiaceho momentu, potom nastavte prietokovú dráhu na požadovaný čas zdvihu a potom skontrolujte, či čerpadlo a motor dokážu dodať prietok.

Komponenty, ktoré dopĺňajú hydraulickú slučku

V riadiacej slučke sa objavuje väčšina problémov s hydraulickým dimenzovaním. V štandardnom balení ventil-pohon, a hydraulický solenoidový ventil prepína smer prúdenia na vysúvanie a zasúvanie pohonu. A regulačný ventil pohonnej jednotky upraví prietok tak, aby čas zdvihu zostal v rámci limitu procesu. A poistný ventil pohonnej jednotky chráni sedlo ventilu pred špičkami krútiaceho momentu obmedzením maximálneho tlaku v systéme.

Výrobcovia poistných ventilov pohonných jednotiek, veľkoobchodná továreň - Ningbo Panic Hydrauli Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd je čínsky výrobca poistných ventilov pohonnej jednotky a továreň OEM / ODM, špecializujeme sa na veľkoobchod ... Zobraziť produkt →

Výrobcovia regulačných ventilov pohonných jednotiek, veľkoobchodná továreň - Ningbo Panic Hydr Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd je výrobca regulačných ventilov pohonných jednotiek v Číne a továreň OEM / ODM, špecializujeme sa na celé ... Zobraziť produkt →

Výrobcovia solenoidových ventilov, továreň na zásuvné solenoidové ventily Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd je Čína výrobcovia OEM / ODM solenoidových ventilov a továreň na zásuvné solenoidové ventily, špecializujeme sa ... Zobraziť produkt →

Poradie dimenzovania balíka hydraulického pohonu je jednoduché. Požadovaný krútiaci moment vypočítajte z údajového listu ventilu a bezpečnostného faktora. Premeňte krútiaci moment na požadovaný tlakový rozdiel pomocou efektívnej plochy a momentového ramena pohonu. Nastavte poistný ventil na hodnotu pohodlne nad týmto tlakom, zvyčajne o 10 % až 20 % vyššiu, aby pohon mohol vyvinúť plný krútiaci moment bez toho, aby sa zdvihol poistný ventil. Potom dimenzujte čerpadlo a motor tak, aby prietok stačil na zdvihnutie ventilu v požadovanom čase. Nakoniec skontrolujte, či má solenoidový ventil dostatočne veľký prietokový koeficient a nechajte regulačný ventil doladiť rýchlosť zdvihu.

Toto všetko predpokladá, že rozumiete princíp činnosti hydraulického systému , najmä to, ako spolupôsobí prietok čerpadla, odozva ventilu a zdvih pohonu počas rýchleho zdvihu. v praxi hydraulické pohonné jednotky sú relatívne ľahko ovládateľné v porovnaní s mechanickými pohonnými jednotkami , a preto je hydraulické ovládanie ventilov bežné na izolačných ventiloch s veľkým otvorom, vrátach tankových fariem a ťažkých zdvíhacích zariadeniach.

Sedem chýb veľkosti, ktoré spôsobujú zlyhania poľa

Väčšina porúch ovládača nie je spôsobená chybným produktom. Sú spôsobené neúplným výpočtom v štádiu inžinierstva. Týchto sedem chýb sa znovu a znovu objavuje v terénnych správach a záznamoch o uvedení do prevádzky.

1. Dimenzovanie z prevádzkového momentu namiesto vypínacieho momentu. Ventil sa zvyčajne spúšťa z pokoja pri plnom diferenciálnom tlaku, takže moment vypínania je hodnota, ktorá zastaví poddimenzovaný pohon.
2. Dimenzovanie pri menovitom prívodnom tlaku. Dodávky vzduchu a hydrauliky rastlín kolíšu. Ak je výstup pohonu vypočítaný na 5,5 bar, ale skutočné minimum je 4 bar, bezpečnostná rezerva môže úplne zmiznúť.
3. Pridanie bezpečnostného faktora dvakrát. Ak výrobca ventilu už zahrnul rezervu do zverejneného momentu zlomu, ďalších 25 % navrch môže spôsobiť, že výber bude o jednu alebo dve veľkosti príliš veľký.
4. Predimenzovanie pre istotu. Veľmi predimenzovaný pohon zabuchne ventil do sedla, ohne drieky a spôsobí nestabilné ovládanie. Rezerva je určená na pokrytie neistoty, nie na absorbovanie hrubej operácie.
5. Kontrola len konca pružiny ovládača s vratnou pružinou. Krútiaci moment na konci vzduchu v konštrukcii so skotským jarmom môže klesnúť o 30 % až 50 % a tento nízky bod môže byť dôvodom, prečo ventil nikdy nedosiahne svoj otvorený doraz.
6. Ignorovanie montážneho rozhrania. Správny výpočet krútiaceho momentu je zbytočný, ak príruba pohonu nezodpovedá rozmerom pohonu drieku ventilu. Potvrďte rozhranie pred objednávkou, nie počas uvádzania do prevádzky.
7. Preskočenie kontroly času zdvihu. Pohon s veľkým krútiacim momentom môže byť stále príliš pomalý na núdzové blokovanie procesu. Vždy overte celý čas jazdy pomocou riadiaceho ventilu a prívodného potrubia, ktoré sú súčasťou dodávky.

Kontrolný zoznam pre predobjednávku veľkosti

Pred dokončením objednávky si prečítajte tento kontrolný zoznam s listom s údajmi ventilu a katalógom pohonu. Záporná odpoveď na ktorúkoľvek položku znamená, že veľkosť nie je úplná.

• Potvrďte zlomenie ventilu, chod a koncový krútiaci moment pri vašom maximálnom diferenčnom tlaku a maximálnej prevádzkovej teplote.
• Použite zdokumentovaný bezpečnostný faktor minimálne 1,25 a uveďte ho v špecifikácii.
• Definujte bezpečnú polohu a overte moment konca pružiny a štartovacieho momentu pružiny pre jednotky s vratnou pružinou.
• Zaznamenajte garantovaný minimálny prívodný tlak dostupný na pohone a veľkosť pomocou tejto hodnoty.
• Overte veľkosť montážnej príruby ISO 5211 a rozmery pohonu drieku.
• Skontrolujte celý čas zdvihu v porovnaní s požiadavkami procesu vrátane strát solenoidu a vedenia.
• Špecifikujte všetko príslušenstvo: polohovadlo, koncové spínače, solenoidový riadiaci ventil, manuálne ovládanie a lokálny ukazovateľ polohy.
• Pred schválením objednávky zopakujte ešte raz overenie krútiaceho momentu pri minimálnej dodávke.

Ak staviate hydraulickú hnaciu jednotku na pohon pohonu, skontrolujte nášho sprievodcu kupujúcim hydraulickej jednotky AC predtým, než sa zaviažete k veľkosti čerpadla a motora. Požiadavka krútiaceho momentu z pohonu sa stáva požiadavkou na tlak a prietok, ktoré musí pohonná jednotka dodať.

Často kladené otázky: Otázky týkajúce sa veľkosti ovládačov ventilov sa pýtajú inžinieri

Aké je pravidlo 25 % bezpečnostného faktora pri dimenzovaní pohonu?

Pravidlo 25 % znamená, že výstupný krútiaci moment pohonu musí byť aspoň 1,25-násobok maximálneho zverejneného vypínacieho momentu ventilu. Zahŕňa neistotu merania, starnutie upchávky a menšie rozdiely medzi testovaným ventilom a dodaným ventilom. Berte to ako podlahu, nie ako cieľ. Zvýšte ju na 1,5 alebo vyššiu, ak je proces špinavý, abrazívny alebo kritický z hľadiska bezpečnosti.

Prečo potrebujú pohony s vratnou pružinou štvorbodovú kontrolu krútiaceho momentu?

Pretože výstupný krútiaci moment sa mení s polohou. Krútiaci moment vzduchu je najvyšší na začiatku zdvihu a najnižší, keď je pružina úplne stlačená; moment pružiny je opačný. Jediná katalógová hodnota vám nemôže povedať, či sa ventil úplne otvorí, úplne zatvorí a udrží polohu počas celého zdvihu. To dokážu iba hodnoty začiatku vzduchu, konca vzduchu, začiatku pružiny a konca pružiny.

Je predimenzovanie pohonu škodlivé?

áno. Rozpätie nad približne 2-násobok požadovaného zlomového momentu môže stlačiť sedlo nad jeho konštrukčný rozsah, ohnúť predstavec pri prevedení s bočným zaťažením, spôsobiť vodné rázy pri rýchlom zatváraní a veľmi sťažiť ladenie riadiacej slučky. Cieľom je preukázaná pozitívna marža, nie najväčší pohon v katalógu.

Ako ovplyvňuje prívodný tlak výstupný krútiaci moment pohonu?

Pri pneumatických pohonoch sa výstupný krútiaci moment mení takmer lineárne s napájacím tlakom. Aktuátor produkujúci 380 N·m pri 5,5 baroch dodáva iba 276 N·m pri 4 baroch. Pri hydraulických pohonoch sa krútiaci moment mení podľa rozdielu tlaku na pieste, ktorý je obmedzený nastavením poistného ventilu. Vždy dimenzujte pri minimálnom tlaku, ktorý systém dokáže udržať.

Aké údaje o krútiacom momente by som mal požadovať od výrobcu ventilu?

Požiadajte o vypínací moment, krútiaci moment a koncový krútiaci moment pri maximálnom diferenčnom tlaku a maximálnej teplote pre oba smery prietoku. Pri lineárnych ventiloch si vyžiadajte zaťaženie sedla, trenie upchávky a nevyváženú oblasť. Opýtajte sa tiež, či zverejnené hodnoty už zahŕňajú bezpečnostnú rezervu, aby ste navrch nepridali druhú rezervu.

Kedy by som mal zvoliť hydraulické ovládanie pred pneumatickým alebo elektrickým?

Hydraulické ovládanie zvoľte, keď je požadovaný krútiaci moment veľmi vysoký, keď je priestor na inštaláciu tesný, keď je vzduch v zariadení nespoľahlivý alebo zle vysušený, alebo keď potrebujete konzistentnú silu nezávislú od kolísania prívodu vzduchu. Hydraulické systémy sú tiež vhodné pre izolačné ventily s veľkým otvorom, kladkostroje a mobilné zariadenia, kde už existuje zdroj hydraulickej energie.

Finálna veľkosť

Dimenzovanie pohonu ventilu je overovacia slučka, nie vyhľadávanie v jednej tabuľke. Znova ho spustite vždy, keď sa zmení veľkosť ventilu, tlaková trieda, procesné médium alebo prívodný tlak. Zdokumentujte každý vstup – hodnotu krútiaceho momentu pri zlome, bezpečnostný faktor, krútiaci moment na konci pružiny a minimálny prívodný tlak, ktorý skutočne zaručujete – a tento súbor uchovávajte spolu s listom s údajmi ventilu.

Pohon, ktorý prejde všetkými štyrmi kontrolami krútiaceho momentu pri minimálnom napájaní, spĺňa požadovaný čas zdvihu, pasuje na štandardnú montážnu prírubu a ponecháva zdokumentovanú rezervu, je správny. To je celá práca – vykonaná správne, zabraňuje najdrahšiemu poruchovému režimu v akomkoľvek ventilovom systéme: tomu, ktorý sa objaví až po priskrutkovaní ovládača a spustení procesu.