밸브 스템 추력 계산 지정된 서비스 조건에서 상승 줄기 밸브를 열고 이동하고 닫는 데 필요한 선형 힘을 결정합니다. 이는 모터 작동식 게이트 밸브, 작동식 글로브 밸브 및 많은 슬라이딩 스템 제어 밸브에 필수적입니다. 밸브 크기나 모터 출력만으로 액추에이터를 선택하면 분리 실패, 차단력 부족, 스템 과부하, 시트 손상 또는 잘못된 토크 스위치 설정이 발생할 수 있습니다.

이 엔지니어링 워크시트에서는 부하 조립 방법, 게이트 및 글로브 밸브에 다른 처리가 필요한 이유, 추력이 스템 너트 토크와 어떻게 관련될 수 있는지 설명합니다. 이는 우리의 밸브 액츄에이터 토크 사이징 가이드, 주로 쿼터턴 볼 및 버터플라이 밸브에 중점을 두고 있습니다.

올바른 출력으로 시작하십시오: 토크 또는 추력?

다중 회전 전동 액추에이터는 회전 출력을 생성하고, 나사형 스템 너트 또는 선형 추력 장치는 해당 회전을 축 이동으로 변환합니다. 따라서 밸브 공급업체는 필요한 스템 추력과 액추에이터 또는 기어박스가 선택한 드라이브 배열을 통해 전달해야 하는 토크를 모두 알아야 합니다.

스템 추력 하중 원장

유용한 1차 통과 모델은 다음과 같습니다.

F_필수 = F_압력 + 에프_{시트/웨지} + 에프_포장 + 에프_{스템/가이드} ±F_무게 ±F_봄

징후와 타이밍이 중요합니다. 모든 힘이 동일한 밸브 위치에서 최대에 도달하는 것은 아닙니다. 모든 최대값을 하나의 비현실적인 숫자에 추가하는 대신 최소한 중요한 시작 및 종료 사례를 개별적으로 계산합니다.

게이트 밸브 추력: 열림과 닫힘을 별도로 계산

차압 하의 웨지 게이트 밸브는 하나의 일반 공식으로 올바르게 표현되지 않습니다. 압력으로 인해 게이트가 다운스트림 시트 쪽으로 밀려서 처음 열 때 슬라이딩 마찰이 발생합니다. 웨지 각도, 시트 형상, 표면 상태, 가이드 마찰, 패킹 하중 및 열 효과는 필요한 추력을 실질적으로 변경할 수 있습니다.

중요한 게이트 밸브 위치

1. 완전히 닫힌 상태에서 분리: 일반적으로 게이트가 쐐기로 고정되어 시트에 압력을 가할 수 있기 때문에 가장 높은 개방 하중입니다.
2. 여행을 통해 실행: 게이트가 시트에서 분리된 후 하중이 떨어질 수 있지만 패킹과 가이드 마찰은 그대로 유지됩니다.
3. 완전 개방에 가까워짐: 밸브가 사용하도록 설계 및 지정된 경우에만 뒷좌석 접촉을 확인하십시오.
4. 최종 마무리 및 착석: 차단을 위해서는 충분한 추력이 필요하지만 과도한 추력은 웨지, 시트, 스템 또는 액추에이터 드라이브를 손상시킬 수 있습니다.

예비 스크리닝의 경우 차압에 유효 투영 면적을 곱하면 유압 부하 규모를 설정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

F_{유압, 스크린} = ΔP × A_효과적인

그러나, A_효과적인 자동으로 전체 공칭 보어 면적이 아닙니다., 결과적인 힘은 자동으로 필요한 스템 추력이 아닙니다. 게이트 밸브 계산에서는 실제 웨지 및 시트 형상을 사용하여 유압 측면 하중을 시트 마찰 및 축 스템 하중으로 변환해야 합니다. 가능할 때마다 밸브 제조업체의 개방, 작동 및 폐쇄 추력 값을 얻으십시오.

제조업체에서 제공해야 하는 게이트 밸브 데이터

• 설계 차압에서 필요한 최대 개방 또는 분리 추력
• 양방향 최대 주행 추력
• 필요한 폐쇄 또는 안착 추력
• 인장 및 압축 시 최대 허용 스템 추력
• 최대 허용 액추에이터 또는 스템 너트 토크
• 스템 직경, 나사산 형태, 피치 또는 리드 및 시작 횟수
• 전체 이동, 총 회전 및 필요한 작동 시간

글로브 밸브 추력: 유효 불균형 영역 사용

불균형 글로브 밸브 플러그의 경우 기본 유압력은 다음과 같습니다.

F_불균형 = ΔP × A_불균형

단순한 원형 불균형 영역의 경우:

A = πd² / 4

힘 방향은 흐름 방향과 설계가 흐름에서 열림 또는 흐름에서 닫힘인지 여부에 따라 달라집니다. 밸런스 플러그는 유효 언밸런스 영역을 줄이지만 0이 되지는 않습니다. 씰 마찰과 잔압 영역도 고려해야 합니다. 제어 밸브의 경우 차압, 플러그 면적, 스프링 힘 및 패킹 마찰이 위치에 따라 변경될 수 있으므로 전체 이동 범위에 걸쳐 액추에이터 힘을 계산합니다.

예시적인 글로브 밸브 스크리닝 계산

불균형 글로브 밸브에 대해 다음과 같은 예비 데이터를 가정합니다.

• 유효 불균형 직경: 80mm
• 최대 차압: 1.6MPa
• 예상 패킹 및 가이드 마찰: 2.5kN
• 밸브 제조업체에서 공급하는 필수 시팅 하중: 6.0kN

1단계 - 직경을 면적으로 변환합니다.

A = π × 0.08² / 4 = 0.005027m²

2단계 - 유압 불균형 계산:

F_불균형 = 1,600,000 × 0.005027 = 8,043N ≒ 8.04kN

3단계 - 별도의 로드 케이스 구축:

이 예는 의도적으로 단순화되었습니다. 액추에이터를 선택하기 전에 흐름 방향, 차단 시 전체 압력 강하가 존재할 수 있는지 여부, 실제 플러그 밸런스, 패킹 데이터, 시트 하중 요구 사항, 스프링 힘, 필요한 고장 조치 및 최소 공기 공급 압력 또는 최악의 전기 조건에서 액추에이터의 가용 힘을 확인하십시오.

필요한 추력을 스템-너트 토크로 변환

다중 회전 액추에이터가 스템 너트를 회전할 때 유용한 효율성 기반 관계는 다음과 같습니다.

T = (F × L) / (2π × 에타)

어디에:

• T = 스템 너트 입력 토크, N·m
• F = 축방향 스템 추력, N
• L = 스템 리드, 회전당 미터
• η = 전반적인 스크류 드라이브 효율성

리드는 회전당 축 이동 거리입니다. 단일 시작 나사의 경우 리드는 피치와 같습니다. 다중 시작 스레드의 경우 리드는 피치에 시작 수를 곱한 것과 같습니다. 효율성은 나사산 형태, 평균 직경, 마찰, 너트 재질, 윤활, 베어링 및 하중 방향에 따라 달라집니다. 새로운 윤활 어셈블리와 오래된 건식 스템에 대해 동일한 효율성을 가정하지 마십시오.

예시적인 게이트 밸브 토크 변환

밸브 제조업체가 필요한 최대 스템 추력이 85kN이라고 명시한다고 가정합니다. 스템 리드는 회전당 8mm이고 선택한 스템-너트 배열에 대해 검증된 구동 효율은 0.30입니다.

T = (85,000 × 0.008) / (2π × 0.30) = 361 N·m

이 특정 계산에 대해 프로젝트에서 승인한 크기 조정 마진이 25%인 경우:

T_선택 = 361 × 1.25 = 451N·m

결과는 아니 451 N·m 이상의 다음 모델을 찾는 것만으로 액츄에이터 선택을 승인합니다. 선택한 어셈블리는 필수 및 허용 추력, 스템 허용, 장착 플랜지, 출력 속도, 듀티 등급, 회전 수, 주변 조건, 전기 공급 및 밸브 과부하 제한도 충족해야 합니다.

안전 마진은 밸브에 과부하를 허용하는 것이 아닙니다

사이징 마진은 마찰 변화, 마모, 온도 및 공급 변동과 같은 정의된 불확실성을 설명합니다. 밸브, 액추에이터 및 서비스에 대해 동의해야 합니다. 더 크다고 자동으로 더 안전한 것은 아닙니다.

최종 선택은 두 가지 부등식을 모두 충족해야 합니다.

사용 가능한 액추에이터 추력 ≥ 승인된 마진이 있는 필수 밸브 추력

최대 전달 추력 ≤ 허용 밸브, 스템, 너트, 요크 및 장착 하중

대형 액추에이터는 스템을 구부리거나, 나사형 너트에 과부하를 걸거나, 요크를 변형하거나, 시트를 찌그러뜨리거나, 과도한 시트 응력을 생성할 수 있습니다. 전동 액추에이터 토크 및 제한 스위치는 승인된 밸브 요구 사항에 따라 설정되어야 합니다. 공압식 액추에이터 힘은 사용 가능한 최소 공급 압력에서 확인해야 하며, 최대 공급 압력은 과부하 한계를 기준으로 확인해야 합니다.

스템 버클링 및 장력 점검

압축 하중을 받는 긴 상승 줄기는 재료가 단순 압축 항복 한계에 도달하기 전에 좌굴로 인해 파손될 수 있습니다. 이는 대형 밸브, 긴 스트로크, 스템 연장 및 지지되지 않는 스템의 경우 특히 중요합니다. 스템 공급업체는 유효 비지지 길이, 끝 조건, 루트 직경, 재료 특성, 나사산 응력 집중 및 필요한 설계 요소를 확인해야 합니다.

열면 스템에 장력이 가해지고 닫히면 밸브와 드라이브 배열에 따라 압축이 가해지거나 그 반대가 될 수 있습니다. 부호가 없는 하나의 숫자를 사용하는 대신 양방향의 허용 하중을 기록하십시오.

액추에이터 크기 조정 워크시트

계산 이외의 최종 선택 확인

• 밸브 기능: 격리, 조절, 비상 임무 또는 조절 제어
• 여행 및 회전: 실제 밸브 스트로크를 스템 리드로 나눈 값
• 운영 시간: 필요한 이동 시간과 일치하는 액추에이터 출력 속도
• 의무 분류: 개폐, 인칭, 포지셔닝 또는 변조 주파수
• 장착 인터페이스: 플랜지, 드라이브 형태, 스템 직경, 스템 상승 및 추력 수용 배열
• 실패 작업: 페일오픈(fail-open), 페일클로즈(fail-close), 페일인플레이스(fail-in-place) 또는 저장된 에너지 요구 사항
• 전원: 최소 공압/유압 또는 전기 전압 및 주파수
• 환경: 인클로저, 위험 지역, 주변 온도, 부식 및 침투 방지
• 제어: 토크 스위치, 리미트 스위치, 포지셔너, 이동 피드백 및 로컬 수동 오버라이드
• 과부하 보호: 허용 가능한 가장 약한 밸브 트레인 한계보다 낮은 설정

다중 회전 액추에이터 부착물의 경우 ISO 5210:2026은 플랜지 및 구동 구성 요소 치수를 다루고 지정된 인터페이스에 대한 참조 토크 및 추력 값을 제공합니다. 이는 밸브별 작동 부하 계산을 대체하지 않습니다. 또한 전동 액추에이터 요구 사항은 프로젝트 사양 및 ISO 22153과 같은 해당 표준을 기준으로 검토해야 합니다.

RFQ에 포함할 정보

작동식 게이트, 글로브 또는 제어 밸브의 크기를 지정하려면 문의 시 다음 정보를 보내주십시오.

• 밸브 유형, 크기, 압력 등급, 재질 및 연결구
• 매체, 설계 및 작동 압력, 온도 및 차압
• 최대 차단 차압 및 흐름 방향
• 필요한 누출 또는 차단 등급
• 기존 밸브가 자동화되는 경우 스템 직경, 나사산 형태, 피치/리드, 시작 횟수 및 전체 이동
• 밸브 제조업체가 요구하는 개방, 작동 및 폐쇄 추력 또는 토크
• 최대 허용 스템 추력 및 토크
• 필요한 작동 시간, 듀티 사이클 및 시간당 시작
• 전원 공급 장치 또는 최소/최대 기기 공기 압력
• 장애 조치, 제어 신호, 피드백, 위험 지역 및 인클로저 요구 사항

Vcore Valve는 밸브와 액츄에이터를 하나의 어셈블리로 검토할 수 있습니다. 게이트 밸브, 글로브 밸브 그리고 제어 밸브. 1/4 회전 장착 및 정렬에 대해서는 당사의 제품도 검토하십시오. ISO 5211 작동 밸브 장착 가이드. 프로젝트 검토를 요청하려면, 밸브 데이터시트 및 액추에이터 요구 사항을 Vcore Valve에 보냅니다..

밸브 스템 추력 계산에 대해 자주 묻는 질문

밸브 스템 추력이란 무엇입니까?

밸브 스템 추력은 밸브 폐쇄 부재를 열고, 이동하고, 닫고, 안착시키기 위해 밸브 스템을 통해 전달되는 축방향 힘입니다. 일반적으로 뉴턴 또는 킬로뉴턴으로 표시됩니다.

액추에이터 토크를 밸브 스템 추력으로 직접 변환할 수 있습니까?

이는 스템 리드 및 드라이브 효율성을 통해 관련될 수 있지만 안정적인 변환을 위해서는 나사산 형태, 마찰, 윤활, 너트 및 베어링 설계도 필요합니다. 액추에이터에 게시된 토크 값만으로는 충분하지 않습니다.

게이트 밸브 개폐 추력을 별도로 계산해야 하는 이유는 무엇입니까?

임계 하중은 다양한 위치에서 발생합니다. 장착 해제에는 웨지 및 차압 시트 마찰로 인해 높은 힘이 필요할 수 있으며, 최종 폐쇄에는 제어된 장착 힘이 필요합니다. 한 방향의 최대값은 다른 방향과 일치하지 않을 수 있습니다.

차압에 보어 면적을 곱한 것이 최종 액츄에이터 추력인가요?

아니요. 실제 밸브 설계에 대해 유효 면적과 하중 경로가 정의되지 않은 경우 이는 단지 유압력 선별 계산일 뿐입니다. 시트 마찰, 웨지 형상, 패킹, 가이드, 스템 스레드 및 허용 하중도 고려해야 합니다.

밸브 액츄에이터 추력에 어떤 안전계수를 사용해야 합니까?

모든 밸브와 서비스에는 보편적인 요소가 없습니다. 마진은 밸브 제조업체의 데이터, 프로젝트 사양, 서비스 심각도, 마찰 불확실성, 공급 조건 및 액추에이터 의무에 따라 합의되어야 합니다. 최대 전달 추력이 밸브의 허용 부하를 초과하지 않아야 합니다.

밸브에 대한 다중 회전 액추에이터 부착을 다루는 표준은 무엇입니까?

ISO 5210:2026은 플랜지 및 구동 부품 치수, 기준 토크 및 추력 값을 포함하여 다중 회전 액추에이터 부착물에 대한 요구 사항을 지정합니다. 밸브별 작동 추력은 밸브 제조업체에서 계산하거나 제공해야 합니다.

기술 참고자료

• ISO 5210:2026 — 산업용 밸브 — 다중 회전 액츄에이터 부착물
• ISO 22153:2020 — 산업용 밸브용 전동 액추에이터 — 일반 요구 사항
• AUMA — 게이트 및 글로브 밸브 자동화를 위한 다중 회전 액추에이터 및 선형 추력 장치
• 에머슨 — 제어 밸브 핸드북
• Rotork — 다중 회전 기어박스 토크 및 추력 적용 데이터

실용적인 내용: 밸브의 필요 및 허용 추력을 먼저 결정하고 별도의 로드 케이스로 열림과 닫힘을 평가한 다음 액추에이터, 스템 너트, 기어박스 및 설정을 선택합니다. 올바른 어셈블리는 밸브 트레인 제한을 초과하지 않고 최악의 조건에서 밸브를 움직여야 합니다.