Kurze Zusammenfassung: Bei der Drehmomentbemessung des Ventilantriebs sollte die Antriebsleistung mit dem Drehmomentbedarf des Ventils über den gesamten Öffnungs- und Schließhub verglichen werden, nicht nur ein Katalogdrehmomentwert. Käufer sollten das Öffnungsdrehmoment, das Laufdrehmoment, das Öffnungsdrehmoment, das Sitzdrehmoment, den maximalen Differenzdruck, den minimalen Luftdruck oder den schlechtesten Zustand der Stromversorgung, den Sicherheitsfaktor und das maximal zulässige Spindeldrehmoment überprüfen. Ein pneumatischer Antrieb muss beim minimal verfügbaren Luftdruck am Antrieb überprüft werden, und ein Antrieb mit Federrückstellung muss sowohl auf den Lufthub als auch auf den Federhub überprüft werden. Ein überdimensionierter Antrieb ist nicht automatisch sicherer, da eine übermäßige Leistung den Ventilschaft, das Getriebe, die Kupplung oder die Montageschnittstelle beschädigen kann. Bei der endgültigen Dimensionierung sollten verifizierte Drehmomentdaten des Ventilherstellers, dokumentierte Betriebsannahmen und genehmigte Projektmargen zugrunde gelegt werden.
Ein Stellantrieb kann auf einer Katalogseite groß genug aussehen und das Ventil im Betrieb trotzdem nicht bewegen. Der übliche Grund ist nicht das Fehlen des Nenndrehmoments des Stellantriebs. Es handelt sich um ein Missverhältnis zwischen dem sich ändernden Drehmomentbedarf des Ventils und der sich während des Hubs ändernden Leistung des Stellantriebs.
Ein Ventil mit Vierteldrehung benötigt möglicherweise sein höchstes Drehmoment, wenn es sich zum ersten Mal vom geschlossenen Sitz entfernt. Möglicherweise ist in der Mitte des Hubs weniger Drehmoment erforderlich, dann ist eine weitere Erhöhung erforderlich, um die angegebene geschlossene Position zu erreichen. Ein pneumatischer Federrückstellantrieb erzeugt bei seinen Luft- und Federhüben unterschiedliche Leistungen. Ein elektrischer Stellantrieb kann separate Nenn-, Start-, Sitz- und maximale Leistungsgrenzen haben. Der Vergleich einer Ventilnummer mit einer Antriebsnummer liefert daher kein zuverlässiges Dimensionierungsergebnis.
In diesem Leitfaden wird eine praktische Methode zur Drehmomentdimensionierung von Ventilantrieben für industrielle Kugel-, Absperr- und Kükenhähne erläutert. Es zeigt auch, wo Sicherheitsfaktoren hingehören, warum ein minimaler Luftdruck oder eine niedrige Versorgungsspannung wichtig sind und wie ein maximal zulässiges Spindeldrehmoment einen Aktuator disqualifizieren kann, der leistungsstark genug erscheint.
Schnelle Überprüfung der Drehmomentgröße
| Größenbestimmungspunkt | Was zu überprüfen ist | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Drehmoment beim Öffnen | Erforderliches Drehmoment, um das Ventil aus der geschlossenen Position zu bewegen. | Oftmals einer der Punkte mit dem höchsten Drehmoment, insbesondere bei Drehventilen mit Sitz. |
| Laufdrehmoment | Drehmoment während des Ventilhubs. | Kann sich je nach Ventiltyp, Druck, Strömungszustand, Packungsreibung und Ablagerungen ändern. |
| End-to-Close-/Sitzdrehmoment | Erforderliches Drehmoment, um die endgültige Schließposition zu erreichen. | Ein zu geringes Drehmoment kann zu Undichtigkeiten führen. Zu viel kann den Sitz, den Vorbau oder die Kupplung beschädigen. |
| Minimale Stellantriebsleistung | Ausgang beim schlechtesten verfügbaren Luftdruck oder Stromversorgungszustand. | Die Katalogausgabe stimmt möglicherweise nicht mit den tatsächlichen Standortbedingungen am Stellantrieb überein. |
| Maximale Stellantriebsleistung | Höchstmögliche Antriebsleistung bzw. Drehmomentschaltereinstellung. | Die Grenzwerte für Mast, Getriebe, Kupplung, Antrieb und Montage müssen eingehalten werden. |
| Sicherheitsfaktor | Vom Projekt genehmigte Marge, angewendet auf verifizierte Ventildrehmomentdaten. | Fügt eine Berücksichtigung des echten Service hinzu, ohne die Servicebewertung zu ersetzen. |
Welche Drehmomentdimensionierung des Ventilantriebs muss nachgewiesen werden?
Eine vollständige Größenprüfung muss vier Dinge nachweisen:
- Der Stellantrieb kann bei Bedarf die Bewegung des Ventils aus jeder Endposition starten.
- Der Aktuator kann den gesamten Hub ohne Drehmomentdefizit durchlaufen.
- Der Antrieb kann die gewünschte Endposition erreichen und den vorgegebenen Abschaltzustand erreichen.
- Die maximal mögliche Leistung des Stellantriebs führt nicht zu Schäden an der Ventilspindel, dem Antriebsstrang, dem Getriebe, der Kupplung oder den Montagekomponenten.
Die ersten drei Prüfungen ermitteln die erforderliche Mindestleistung. Der vierte legt die maximal akzeptable Leistung fest. Eine gute Dimensionierung muss innerhalb beider Grenzen liegen.
Das Ergebnis muss auch unter realen Leistungsbedingungen gültig bleiben. Die Leistung des pneumatischen Stellantriebs muss normalerweise bei dem minimalen Druck überprüft werden, der am Stellantrieb während des Betriebs des Systems verfügbar ist – nicht bei dem auf dem Typenschild des Kompressors angegebenen Druck. Elektrische Stellantriebe müssen bei der angegebenen Spannung und Frequenz überprüft werden, einschließlich zulässiger Spannungsschwankungen, Motorstartbedingungen und Betriebsklassifizierung.
Die Drehmomentwerte, auf die es ankommt
Drehmoment beim Aufbrechen
Das Öffnungsdrehmoment, oft als BTO abgekürzt, ist das Drehmoment, das erforderlich ist, um ein geschlossenes Ventil von seinem Sitz wegzubewegen. Es wird auch Bruchmoment, Losbrechmoment oder Losbrechmoment genannt. Bei vielen Weichsitz-Kugelhähnen ist BTO ein kritischer Punkt, da Sitzkontakt, Druckbelastung und Haftreibung zusammenwirken, während das Ventil stillsteht.
Das Bruchmoment kann nach langen Stillstandszeiten, Temperaturschwankungen, Anschwellen des Sitzes, Ablagerungen, Korrosion oder Schmierungsverlust ansteigen. Ein an einem sauberen neuen Ventil bei Umgebungstemperatur gemessener Wert kann daher niedriger sein als das Drehmoment, das nach Monaten im tatsächlichen Betrieb erforderlich ist.
Laufdrehmoment
Das Laufdrehmoment ist das Drehmoment, das erforderlich ist, während sich das Ventil zwischen seinen Endpositionen bewegt. Es ist nicht unbedingt konstant. Lagerreibung, Packungslast, Flüssigkeitskräfte und Ventilgeometrie können dazu führen, dass sich der Bedarf mit dem Winkel ändert.
Bei einem Kugelhahn ist das Betriebsdrehmoment oft niedriger als der anfängliche Öffnungsbedarf, aber das sollte ohne Ventildaten nicht angenommen werden. Absperrklappen können unter Durchfluss ein erhebliches dynamisches Drehmoment entwickeln, dessen Größe und Richtung sich je nach Scheibenwinkel, Geschwindigkeit und Differenzdruck ändern können. Kükenventile können über einen größeren Teil ihres Hubs eine erhebliche Reibung beibehalten.
End-to-Open- und Break-to-Close-Drehmoment
Das End-to-Open-Drehmoment ist der Bedarf in der Nähe der vollständig geöffneten Position. Das Brems-Schließ-Drehmoment ist das Drehmoment, das erforderlich ist, um die Bewegung von der vollständig geöffneten in die geschlossene Position zu starten. Diese Werte sind wichtig, wenn ein Prozessventil aus jeder Endposition zuverlässig die Richtung umkehren muss.
Sie werden manchmal in vereinfachten Drehmomenttabellen weggelassen. Wenn das Ventil oder der Prozess ein asymmetrisches Drehmomentprofil erzeugt, kann es unter der Annahme, dass Öffnen und Schließen identisch sind, zu einer Unterdimensionierung in einer Richtung kommen.
Sitz- oder End-to-Close-Drehmoment
Gegen Ende des Schließhubs ist ein Anzugsdrehmoment erforderlich, um die angegebene Schließposition zu erreichen und das Dichtungssystem wie vorgesehen zusammenzudrücken oder einzurasten. Ein zu geringes Drehmoment kann dazu führen, dass das Ventil seinen Sitz nicht erreicht und Undichtigkeiten verursacht. Übermäßiges Drehmoment kann einen weichen Sitz beschädigen, einen Schaft oder eine Kupplung verformen, ein Getriebe überlasten oder zu wiederholten Drehmomentauslösungen führen.
Erhöhen Sie die Stellantriebseinstellung nicht, nur um ein Ventil auszugleichen, das nicht mehr normal sitzt. Fehlausrichtung, Ablagerungen, Sitzschäden, thermische Verformung oder ein Hindernis müssen untersucht werden, anstatt mit mehr Drehmoment durchgesetzt zu werden.
Woher die Ventildrehmomentdaten kommen sollten
Der Ventilhersteller sollte die erforderlichen Drehmomentwerte für die tatsächliche Ventilkonstruktion angeben und den Winkel und die Richtung angeben, bei denen jedes Maximum auftritt. Die Daten sollten dem ausgewählten entsprechen:
- Ventiltyp, Größe und Druckklasse
- Gehäuse-, Verkleidungs-, Sitz-, Dichtungs- und Verpackungsmaterialien
- Maximaler Differenzdruck in jeder Durchflussrichtung
- Betriebs- und Auslegungstemperaturen
- Mittlere und zu erwartende Feststoffe, Ablagerungen oder Viskosität
- Betriebsfrequenz und erwartete Leerlaufzeiten
- Erforderliche Leckage- oder Absperrleistung
Nehmen Sie die Dimensionierung nicht anhand eines Drehmomentwerts vor, der von einem Ventil eines anderen Herstellers mit derselben Nenngröße kopiert wurde. Schaftdurchmesser, Sitzdesign, Lagersystem, Oberflächenbeschaffenheit, Toleranzen und Druckbelastung können zu erheblich unterschiedlichen Drehmomentanforderungen führen.
Wenn keine zertifizierten Drehmomentdaten verfügbar sind, sollte der Lieferant die Grundlage der Schätzung und die angewandte Unsicherheit angeben. Bei kritischer Isolierung, Notabschaltung, Hochdruckgas oder anspruchsvollen chemischen Anwendungen sollten Unsicherheiten durch technische Überprüfungen oder Tests behoben werden und nicht in einem willkürlich überdimensionierten Stellantrieb verborgen bleiben.
Wie Prozessbedingungen das erforderliche Drehmoment ändern
Das veröffentlichte Ventildrehmoment ist nur dann nützlich, wenn seine Testbasis mit dem Service übereinstimmt. Die folgenden Bedingungen erfordern üblicherweise eine Korrektur oder einen zusätzlichen Spielraum:
| Servicezustand | Mögliche Auswirkung auf das Drehmoment | Was zu bestätigen ist |
|---|---|---|
| Höherer Differenzdruck | Erhöht die Druckbelastung des Verschlusselements bzw. Sitzes | Maximaler Differenzdruck während Normal-, Start-, Abschalt- und Störungsbedingungen |
| Niedrige Temperatur | Kann die Dichtungssteifigkeit, die Packungsreibung und die Schmiermittelbeständigkeit erhöhen | Mindestbetriebs- und Umgebungstemperatur, nicht nur Normaltemperatur |
| Hohe Temperatur | Kann Sitzübermaß, Abstände, Packlast und Materialstärke ändern | Maximale Prozesstemperatur und Temperaturwechsel |
| Trockenes Gas oder seltener Betrieb | Kann die Haftreibung nach längerer Standzeit erhöhen | Längste erwartete Leerlaufzeit und Zykluszeitplan |
| Schlamm, Zunder oder kristallisierende Medien | Ablagerungen können die Bewegung behindern und die Sitz- oder Lagerreibung erhöhen | Feststoffgehalt, Partikelgröße, Spül- und Reinigungsanordnung |
| Klebrige oder hochviskose Medien | Kann den Widerstand und die Abrissnachfrage erhöhen | Viskosität bei niedrigster Betriebstemperatur |
| Hohe Zyklenbelastung | Erhöht hitze-, verschleiß- und betriebsbedingte Einschränkungen des Stellantriebs | Zyklen pro Stunde, Fahrzeit und modulierende Leistung |
| In die Jahre gekommene Sitze oder Verpackung | Die Reibung kann im Laufe des Wartungsintervalls zunehmen | Wartungsintervall und erwarteter Endzustand |
Diese Auswirkungen sollten, sofern verfügbar, mithilfe von Servicefaktoren des Ventilherstellers oder anwendungsspezifischen Korrekturen behoben werden. Ein allgemeiner Sicherheitsfaktor ersetzt nicht das Verständnis für den Service.
So wenden Sie einen Sicherheitsfaktor an
Ein Sicherheitsfaktor fügt einen Spielraum zwischen dem erwarteten Ventilbedarf und der minimalen Stellantriebsleistung hinzu. In seiner einfachsten Form:
Auslegungsdrehmoment = überprüftes Ventildrehmoment × genehmigter Sicherheitsfaktor
Wenden Sie diese Formel an jedem relevanten Drehmomentpunkt an, nicht nur beim Bruchdrehmoment. Der genehmigte Faktor sollte der Empfehlung des Ventilherstellers, den Leitlinien des Stellantriebsherstellers oder der Projektspezifikation folgen und sollte nicht erneut gezählt werden, wenn die Ventildrehmomentdaten bereits eine dokumentierte Servicemarge enthalten.
Wenn beispielsweise das nachgewiesene Öffnungsdrehmoment 400 Nm beträgt und der zugelassene Faktor 1,25 beträgt, beträgt der Auslegungswert für diese Position 500 Nm. Dies ist nur ein Beispiel für diese Position, kein universeller Größenprozentsatz.
Diese Gleichung ist einfach; Die Auswahl des Faktors ist nicht der Fall. Emerson veröffentlicht ein Beispiel für die Antriebsdimensionierung mit 1,2 oder 20 %, aber das ist ein Beispiel für die angegebene Berechnung – keine universelle Industrieregel. Der erforderliche Spielraum hängt davon ab, wie das ursprüngliche Ventildrehmoment ermittelt wurde, ob darin bereits Betriebsfaktoren enthalten sind, von der Schwere der Anwendung, der Sicherheit der Stromversorgung und der Projektspezifikation.
Vermeiden Sie Doppelzählungsspanne
Fragen Sie, ob die Ventildrehmomenttabelle lautet:
- Ein roher Testwert
- Ein berechneter Nominalwert
- Ein maximal erforderliches Drehmoment
- Bereits korrigiert für Differenzdruck und Temperatur
- Wird bereits mit einem vom Hersteller empfohlenen Sicherheitsfaktor geliefert
Die Anwendung eines weiteren Pauschalfaktors auf eine Zahl, die bereits eine Marge enthält, kann zu unnötiger Überdimensionierung führen. Eine Überdimensionierung erhöht die Kosten und kann eine mechanische Überlastung verschlimmern.
Wenn möglicherweise mehr Marge benötigt wird
Ein zusätzlicher Spielraum kann gerechtfertigt sein, wenn die Drehmomentdaten unsicher sind, das Ventil über längere Zeiträume im Leerlauf bleibt, Ablagerungen oder Polymerisation erkennbar sind, die Temperaturen die Reibung erheblich erhöhen oder eine Sicherheitsfunktion eine zuverlässige Bewegung unter verschlechterten Bedingungen erfordert. Der Betrag sollte zwischen dem Ventillieferanten, dem Antriebslieferanten und dem Projektingenieur vereinbart werden.
Ein größerer Spielraum heilt ein ungeeignetes Ventildesign nicht. Wenn sich Feststoffe in Hohlräumen festsetzen können, Materialien im Medium anschwellen oder das Ventil zu thermischer Bindung neigt, kann die richtige Reaktion ein anderes Ventil, ein anderer Sitz, eine andere Spülanordnung oder ein anderes Betriebsverfahren sein.
Passen Sie die vollständigen Drehmomentkurven an
Nachdem Sie den Ventilbedarf korrigiert haben, vergleichen Sie ihn mit dem Stellantriebsausgang an jeder relevanten Position. Der Antrieb muss beim Öffnen und Schließen über der erforderlichen Kurve bleiben.
Doppeltwirkende pneumatische Antriebe
Überprüfen Sie bei einem doppeltwirkenden Stellantrieb die Leistung in beide Richtungen beim minimal verfügbaren Luftdruck am Stellantrieb, nicht beim Druck auf dem Typenschild des Kompressors oder beim Druck im Anlagenkopf. Katalogtabellen sind druckspezifisch. Die Auswahl aus einer 6-bar-Säule ist ungültig, wenn der Aktuator nach Filter-Regler-Verlust, Schlauchverlust, Magnetventil-Durchflussbegrenzung und gleichzeitigem Luftbedarf möglicherweise nur 4,5 bar empfängt. Überprüfen Sie auch die Luftversorgungskapazität Luftverbrauch des pneumatischen Antriebs.
Verwenden Sie die Anfangs-, Mittelhub- und Enddrehmomentwerte oder die vollständige Kurve des Antriebsherstellers. Eine einzelne Nennleistungszahl kann ein Defizit verbergen, bei dem der Mechanismus weniger Drehmoment erzeugt.
Pneumatische Aktuatoren mit Federrückstellung
Ein Federrücklaufantrieb verfügt über zwei unterschiedliche Leistungsprofile:
- Der Lufthub, bei dem pneumatische Kraft gegen die Feder wirkt
- Der Federhub, bei dem die gespeicherte Federkraft das Ventil antreibt, nachdem die Luft entfernt wurde
Überprüfen Sie beide Hübe unabhängig voneinander. Das Federenddrehmoment muss ausreichen, um die erforderliche Ausfallaktion abzuschließen, während der Lufthub das Ventil plus die Federlast bei minimalem Luftdruck überwinden muss. Ein Gerät, das sich bei der Inbetriebnahme korrekt öffnet, kann nach einem Luftverlust immer noch nicht sicher schließen, wenn nur der Lufthub überprüft wurde.
Die Fehlerrichtung muss anhand der Anforderungen an die Prozesssicherheit und nicht anhand der Benutzerfreundlichkeit des Stellantriebs definiert werden. Rezension Auswahl des Fail-Close- oder Fail-Open-Ventils Bevor Sie die Ausrichtung des Stellantriebs zuweisen, vergleichen Sie dann die Ausgangskurve des Stellantriebs mit der Drehmomentbedarfskurve des Ventils bei beiden Hüben.
Zahnstangen-Ritzel- vs. Scotch-Yoke-Ausgang
Zahnstangen- und Scotch-Yoke-Aktuatoren erzeugen nicht unbedingt das gleiche Drehmomentprofil. Ein Scotch-Yoke-Mechanismus kann in der Nähe des Hubendes eine höhere Leistung und in der Nähe der Hubmitte eine geringere Leistung liefern, was für bestimmte Bedarfsprofile von Ventilen mit Vierteldrehung geeignet ist. Für den Vergleich muss weiterhin die tatsächliche Herstellerkurve verwendet werden; Der Mechanismustyp allein garantiert keine korrekte Dimensionierung.
Elektrische Aktuatoren
Bestätigen Sie bei einem elektrischen Stellantrieb das Nenndrehmoment, das Anlaufdrehmoment, das zulässige Sitzdrehmoment, die Drehmomentschaltereinstellungen und die maximale Leistung, da diese Werte bei dem ausgewählten Modell unterschiedlich sein können. Erhöhen Sie die Einstellung des Drehmomentschalters nicht, um ein beschädigtes, verstopftes oder falsch ausgerichtetes Ventil zu erzwingen. Überprüfen Sie außerdem:
- Versorgungsspannung, Phase und Frequenz
- Zulässige Spannungsschwankung
- Auf-Zu-, Positionierungs- oder Regelbetrieb
- Starts pro Stunde und Laufzeit
- Anforderungen an Umgebungstemperatur, Gehäuse und Gefahrenbereiche
- Thermische Grenzen von Motor und Getriebe
Einige elektrische Stellantriebe können beim Abheben kurzzeitig ein erhöhtes Drehmoment liefern, diese Funktion muss jedoch anhand der Dokumentation und Einstellungen des ausgewählten Modells bestätigt werden. Es sollte nicht vom Nenndrehmoment ausgegangen werden. Modulationsbetrieb und Auf-Zu-Betrieb sollten nicht als der gleiche Dimensionierungsfall behandelt werden. Käufer, die automatisierte Ventiloptionen vergleichen, können sich auch die ansehen Auswahlhilfe für elektrische Kugelhähne.
Überprüfen Sie das maximal zulässige Spindeldrehmoment
Die Mindestleistung beträgt nur die Hälfte des Formatrahmens. Das höchste lieferbare oder eingestellte Drehmoment des Aktuators muss unter dem schwächsten zulässigen Grenzwert in der mechanischen Kette bleiben. Dies kann Folgendes umfassen:
- Maximal zulässiges Drehmoment des Ventilschafts
- Eingangs- oder Ausgangsdrehmomentgrenze des Getriebes
- Kapazität für Keil-, Vierkant- oder Keilverzahnung
- Kupplungs- und Adapterkapazität
- Stärke der Montagehalterung
- Referenzdrehmoment des Stellantrieb-Ventil-Flansches
Das maximal zulässige Vorbaudrehmoment wird oft mit MAST abgekürzt. Es handelt sich nicht um das zum Betätigen des Ventils erforderliche Drehmoment. Es handelt sich um eine strukturelle Grenze. Eine gültige Auswahl erfüllt daher beide Bedingungen:
Minimale Stellantriebsleistung > korrigierter Ventilbedarf an jeder erforderlichen Position
Maximal mögliche Stellantriebsleistung oder Drehmomenteinstellung < geltende Ventil- und Antriebsstranggrenzen
Wenn diese Bedingungen nicht beide erfüllt werden können, ist die einfache Wahl eines größeren Aktuators unsicher. Überprüfen Sie die Spindelkonstruktion, das Getriebe, die Kupplung, den Montagesatz, die Einstellungen der Stellantriebssteuerung oder die Ventilkonstruktion, bevor Sie das Paket genehmigen. MAST ist eine strukturelle Grenze, nicht das erforderliche Betriebsdrehmoment.
Beispiel für die Dimensionierung einer gearbeiteten Vierteldrehung
Angenommen, ein Ventilhersteller liefert die folgenden maximal erforderlichen Drehmomentwerte für einen Kugelhahn mit Vierteldrehung bei dem Differenzdruck und der Temperatur des Projekts:
| Ventilposition | Veröffentlichte Anforderung | Zugelassener Faktor | Designanforderung |
|---|---|---|---|
| Zum Öffnen aufbrechen | 400 Nm | 1.25 | 500 Nm |
| Laufen im Mittelhub | 240 Nm | 1.25 | 300 Nm |
| Ende zum Schluss | 320 Nm | 1.25 | 400 Nm |
Ein geeigneter doppeltwirkender pneumatischer Aktuator erzeugt bei minimalem verfügbaren Luftdruck:
- 560 Nm beim Öffnungsbeginn
- 420 Nm im Mittelhub
- 470 Nm am Ende des Schließvorgangs
Der Aktuator übertrifft die Konstruktionsanforderungen in allen drei überprüften Punkten. Es besteht den Vergleich der minimalen Ausgabe.
Nehmen wir nun an, dass die höchstmögliche Leistung bei maximalem Versorgungsdruck 720 Nm beträgt, während der bestätigte Ventil-MAST und alle Antriebsstranggrenzwerte über 900 Nm liegen. Es besteht auch die vorläufige Überlastprüfung. Die Auswahl ist erst abgeschlossen, wenn Montageschnittstelle, Hubzeit, Luftverbrauch, Einschaltdauer, Fehlerverhalten, Zubehör und Umgebungsbedingungen bestätigt sind. Der Drehmomentvergleich ist jedoch akzeptabel.
Wenn der Aktuator in der Mitte des Hubs nur 280 Nm erzeugen würde, würde er ausfallen, obwohl sein Startdrehmoment die Bremsanforderung von 500 Nm übersteigt. Wenn seine maximal mögliche Leistung die Spindel- oder Kupplungsgrenze überschreitet, würde es trotz ausreichenden Betriebsdrehmoments ebenfalls ausfallen.
Montage und Ausrichtung können das Feldergebnis verändern
Eine korrekte Berechnung kann dennoch zu einem schlechten Betrieb führen, wenn der Antrieb schlecht montiert ist. Eine seitliche Belastung, eine außermittige Halterung, ein falscher Antriebsadapter oder ein unzureichender Kupplungseingriff können die Reibung erhöhen und die Belastung konzentrieren.
ISO 5211:2026 definiert Anforderungen für Befestigungsschnittstellen für Schwenkantriebe, einschließlich der Abmessungen von Flanschen und Antriebskomponenten sowie Referenzdrehmomentwerten. Dadurch entfällt nicht die Notwendigkeit, die Zwischenhalterung und die Kupplung für die tatsächliche Last zu konstruieren. Wenn eine Direktmontage nicht praktikabel ist, muss der komplette Montagesatz das Drehmoment ohne übermäßige Durchbiegung oder Spiel übertragen. Einzelheiten zur Montage finden Sie in unserem Montageanleitung für betätigte Ventile nach ISO 5211.
Überprüfen Sie die Ausrichtung von Stellantrieb und Ventil über den gesamten Hub, bevor Sie die Drehmomenteinstellungen erhöhen. Siehe die Anleitung zu falsch ausgerichtete Ventilantriebe für häufige mechanische Folgen.
Häufige Fehler bei der Aktuatordimensionierung
Nur Nennventilgröße verwenden
Zwei DN100- oder 4-Zoll-Ventile erfordern möglicherweise unterschiedliche Drehmomente, da sich ihre Druckklasse, ihr Sitzmaterial, ihre Spindel, ihr Lagersystem und ihr Differenzdruck unterscheiden. Die Größe ist keine Drehmomentangabe.
Nur das Bremsmoment prüfen
Break-to-Open ist zwar die größte Forderung, aber nicht automatisch der einzige kritische Punkt. Die Lauf-, Rückwärtsrichtungs- und Sitzplatzanforderungen müssen noch verglichen werden.
Verwendung von normalem Luftdruck anstelle des minimal verfügbaren Luftdrucks
Der pneumatische Ausgang sinkt mit dem Versorgungsdruck. Durch die Dimensionierung auf einen geeigneten Katalogdruck kann bei Spitzenluftbedarf der Anlage oder Druckverlust des Zubehörs kein Drehmomentspielraum gelassen werden.
Ignorieren des Federschlags
Ein Federrückstellantrieb muss das Ventil während des Ausfallhubs mit gespeicherter Federenergie betätigen. Die Leistung des Luftstoßes allein kann die Funktion „Fail-Open“ oder „Fail-Close“ nicht beweisen.
Anwendung eines universellen Sicherheitsfaktors
Ein fester Prozentsatz erfasst keine unbekannten Ablagerungen, Dichtungsreibung bei niedrigen Temperaturen oder unsichere Ventildaten. Es kann auch vorkommen, dass der vom Klappenhersteller bereits angegebene Spielraum dupliziert wird.
MAST wird ignoriert
MAST ist eine strukturelle Grenze, kein angestrebtes Betriebsdrehmoment. Die Einstellungen für den maximalen Versorgungsdruck und das Antriebsdrehmoment müssen in die Überlastprüfung einbezogen werden.
Drehmoment mit Schub verwechseln
Dieser Leitfaden konzentriert sich hauptsächlich auf Schwenkventile. Absperrschieber und Kugelventile mit mehreren Drehungen erfordern möglicherweise zusätzlich zum Eingangsdrehmoment Berechnungen der Schubkraft, basierend auf der Spindelgeometrie, dem Differenzdruck, der Packung und der Sitzbelastung.
Überdimensionierung des Aktuators ohne Überprüfung der Spindel-/Getriebegrenzen
Ein größerer Antrieb kann die Ventilspindel, das Getriebe, die Kupplung oder die Montageteile beschädigen, wenn seine maximale Leistung den mechanischen Grenzwert überschreitet. Mehr Drehmoment ist nicht automatisch eine sicherere Wahl.
Verwendung von Drehmomentdaten von einem Ventil eines anderen Herstellers
Das Drehmoment eines ähnlich aussehenden Ventils kann falsch sein, da Sitzdesign, Beschichtung, Packung, Schaftdurchmesser und Druckklasse je nach Hersteller variieren. Verwenden Sie verifizierte Drehmomentdaten für die genaue angegebene Ventilkonstruktion.
Arbeitsablauf zur Drehmomentdimensionierung des Aktuators
- Definieren Sie die Ventilfunktion, die Normalposition und die erforderliche Fehlerposition.
- Erfragen Sie die Drehmomentdaten des Herstellers für die genaue Ventilkonstruktion.
- Bestätigen Sie den maximalen Differenzdruck in beiden Durchflussrichtungen.
- Korrigieren Sie das Ventildrehmoment entsprechend dem tatsächlichen Medium, der Temperatur, den Ablagerungen, der Frequenz und der Leerlaufzeit.
- Bestätigen Sie, ob die bereitgestellten Werte bereits eine Servicemarge enthalten.
- Wenden Sie bei Bedarf den vom Projekt genehmigten Sicherheitsfaktor an.
- Identifizieren Sie den minimalen pneumatischen Druck oder den schlechtesten Zustand der Stromversorgung am Stellantrieb.
- Vergleichen Sie die Antriebsleistung und den Ventilbedarf an jedem kritischen Punkt in beide Richtungen.
- Überprüfen Sie für die Federrückstellung die Luft- und Federhübe getrennt.
- Überprüfen Sie die Grenzen von Mast, Getriebe, Antrieb, Kupplung, Halterung und Schnittstelle bei maximal möglicher Leistung.
- Bestätigen Sie Arbeitszyklus, Betriebszeit, Starts pro Stunde, Umgebung und Zubehör.
- Dokumentieren Sie die Annahmen und die genehmigte Konfiguration im Datenblatt oder Angebot.
Informationen, die Käufer vor der Dimensionierung des Stellantriebs bereitstellen sollten
Bevor Sie die Auswahl eines pneumatischen oder elektrischen Stellantriebs anfordern, stellen Sie dem Ventillieferanten genügend Daten zur Verfügung, damit er sowohl das erforderliche Drehmoment als auch die zulässigen mechanischen Grenzwerte prüfen kann:
- Ventiltyp: Kugel-, Schmetterlings-, Küken-, Schieber-, Durchgangs- oder Regelventil
- Ventilgröße / DN / NPS und Druckklasse / PN / Klasse
- Ventilmodell, Zeichnung, Schaftgröße, Antriebsanschluss und ISO 5211-Montageschnittstelle, falls verfügbar
- Öffnungsrichtung und erforderliche Fail-Position: Fail-Open, Fail-Clos oder Fail-Last
- Medium, Betriebsdruck, Auslegungsdruck und maximaler Differenzdruck
- Betriebstemperatur, Auslegungstemperatur, saubere Medien, Schlamm, viskose Flüssigkeiten oder kristallisierende Medien
- Erforderliche Leckageklasse oder Absperrbedingung
- Öffnungsdrehmoment, Laufdrehmoment, Öffnungsdrehmoment und Schließdrehmoment
- Maximal zulässiges Vorbaudrehmoment/MAST und etwaige Getriebe-, Kupplungs- oder Montagegrenzen
- Erforderlicher Sicherheitsfaktor oder Projektgrößenspielraum
- Verfügbarer Luftdruckbereich und Mindestluftdruck am Antrieb für pneumatische Antriebe
- Spannung, Phase, Frequenz, Steuermodus, Arbeitszyklus und Starts pro Stunde für elektrische Stellantriebe
- Erforderliches Zubehör: Magnetventil, Endschalter, Stellungsregler, Handrad, Getriebe oder Ortssteuerstelle
- Gehäuse-/IP-Schutzart/Ex-Bereich-Anforderung und Dokumentationspflicht
Bei der Dimensionierung des Stellantriebs können unvollständige Drehmoment- und Stromversorgungsdaten dazu führen, dass sich der Stellantrieb während der Inbetriebnahme bewegt, unter realen Betriebsbedingungen jedoch ausfällt. Bei automatisierten Kugelventilanwendungen kann Vcore Valve die Ventilkonstruktion und die Antriebskonfiguration gemeinsam überprüfen. Zu den zugehörigen Ressourcen gehören: Industriekugelhähne, Auswahl von Weichsitz- oder Metallsitz-Kugelhähnen und Auswahl des Ventilantriebs.
Zusammenfassung der technischen Entscheidung
Bei der Dimensionierung des Drehmoments des Ventilantriebs handelt es sich um eine Übung zur Kurvenanpassung und Grenzwertprüfung, nicht um einen Ein-Zahlen-Vergleich. Der Stellantrieb muss den korrigierten Ventilbedarf beim Losbrechen, beim Durchgang und bei der endgültigen Positionierung in beiden erforderlichen Richtungen überschreiten. Bei der pneumatischen Auswahl muss der minimal verfügbare Luftdruck verwendet werden, und bei der Auswahl der Federrückstellung müssen die Luft- und Federhübe unabhängig voneinander überprüft werden. Bei der elektrischen Auswahl müssen Versorgungsschwankungen, Einschaltdauer und Drehmomentsteuerungsverhalten berücksichtigt werden.
Der ausgewählte Aktuator muss außerdem innerhalb des maximal zulässigen Drehmoments von Spindel, Getriebe, Kupplung und Montageschnittstelle bleiben. Ein größerer Antrieb ist nicht automatisch sicherer. Eine zuverlässige Auswahl basiert auf verifizierten Ventildrehmomentdaten, expliziten Betriebsannahmen und einem dokumentierten Vergleich der vollständigen Ventil- und Stellantriebsdrehmomentprofile.
Die Drehmomentdimensionierung ist nur ein Teil der Antriebsauswahl. Stromquelle, Ventilbewegung, Fehleraktion, Steuermodus, Betrieb, Umgebung und Montage müssen ebenfalls überprüft werden. Sehen Sie sich unsere an Vollständiger Leitfaden zur Auswahl von Ventilantrieben für den gesamten Auswahlprozess.
Um eine Konfigurationsüberprüfung anzufordern, senden Sie Vcore Valve den Ventiltyp, die Größe, die Druckklasse, das Medium, den Differenzdruck, die Temperatur, die Betriebsfrequenz, die erforderliche Fehlerposition, die verfügbare Stromversorgung und die Anforderungen an die Projektdokumentation über das Anfrageseite für Ventilprojekte.
Häufig gestellte Fragen
Wie groß ist das Drehmoment des Ventilantriebs?
Bei der Drehmomentdimensionierung des Ventilstellantriebs wird die Ausgangskurve des Stellantriebs mit der Drehmomentbedarfskurve des Ventils über die erforderlichen Öffnungs- und Schließhübe verglichen. Außerdem wird überprüft, ob die maximale Stellantriebsleistung unter den MAST- und anderen Antriebsstranggrenzwerten bleibt.
Was ist das Bruchdrehmoment in einem Ventil?
Das Bruchmoment ist das Drehmoment, das erforderlich ist, um eine Armatur aus einer stationären Endlage zu bewegen. Das Öffnungsdrehmoment ist oft entscheidend, da Sitzlast und Haftreibung zusammenwirken, wenn sich ein geschlossenes Ventil zum ersten Mal zu bewegen beginnt.
Ist das Laufdrehmoment immer niedriger als das Bremsdrehmoment?
Nein. Bei einigen Kugelventilkonstruktionen ist sie oft niedriger, aber Ventilgeometrie, Differenzdruck, Flüssigkeitskräfte, Ablagerungen und Reibung können während des Hubs einen weiteren kritischen Punkt verursachen. Verwenden Sie die vollständigen Drehmomentdaten des Ventilherstellers, anstatt von einem generischen Profil auszugehen.
Welcher Sicherheitsfaktor sollte für die Antriebsdimensionierung verwendet werden?
Es gibt keinen universellen Faktor für jedes Ventil und jeden Service. Der Faktor sollte der Empfehlung des Ventilherstellers, den Leitlinien des Stellantriebsherstellers oder der Projektspezifikation folgen und berücksichtigen, ob das veröffentlichte Drehmoment bereits Servicekorrekturen enthält.
Warum muss ein pneumatischer Antrieb auf den Mindestluftdruck ausgelegt sein?
Die Leistung des Aktuators nimmt mit dem verfügbaren Luftdruck ab. Druckverluste durch Filterregler, Schläuche, Magnetventile und gleichzeitiger Anlagenbedarf können dazu führen, dass der Druck am Stellantrieb niedriger ist als der Kompressor- oder Verteilerdruck.
Wie dimensioniert man einen Federrücklaufantrieb?
Überprüfen Sie den Lufthub und den Federhub getrennt anhand der Drehmomentbedarfskurve des Ventils. Die Ausfallrichtung muss durch die Prozesssicherheitsanforderung definiert werden und der Federhub muss die erforderliche Fail-Open- oder Fail-Close-Aktion nach Luftverlust durchführen.
Kann ein Antrieb zu groß für ein Ventil sein?
Ja. Übermäßige Leistung kann den Ventilschaft, das Getriebe, den Antriebsadapter, die Kupplung oder die Montagehalterung überlasten. Die maximalen Stellantriebsausgangs- und Drehmomenteinstellungen müssen unter den geltenden mechanischen Grenzwerten bleiben.
Was ist der Unterschied zwischen Ventildrehmoment und MAST?
Das Ventildrehmoment ist der Betrag, der zum Betätigen des Ventils erforderlich ist. Das maximal zulässige Vorbaudrehmoment (MAST) ist eine strukturelle Grenze, die nicht überschritten werden sollte. Eine korrekte Auswahl sorgt für ein ausreichendes Betriebsdrehmoment und bleibt gleichzeitig unter den MAST- und anderen Antriebsstranggrenzen.
