Быстрый ответ: Выберите привод клапана, сравнив его доступный выходной крутящий момент с требуемым крутящим моментом клапана в каждой соответствующей точке хода открытия и закрытия. Проверьте момент открытия-открытия, рабочий момент и момент окончательной фиксации, а не только одно опубликованное значение. Примените утвержденный запас обслуживания, используйте выходную мощность привода при наихудшем доступном режиме питания и убедитесь, что привод не может перегружать шток клапана, редуктор, муфту или монтажный интерфейс. Окончательный выбор должен основываться на проверенных данных о крутящем моменте, предоставленных производителем клапана, а также на фактическом давлении, температуре, среде, рабочей частоте и требованиях к действиям при отказе.
Привод может выглядеть достаточно большим на странице каталога, но при этом не перемещать клапан во время эксплуатации. Обычной причиной является не недостаток номинального крутящего момента привода. Это несоответствие между изменяющимся крутящим моментом клапана и изменяющейся выходной мощностью привода во время хода.
Четвертьоборотному клапану может потребоваться максимальный крутящий момент, когда он впервые отходит от закрытого седла. В середине хода может потребоваться меньший крутящий момент, а затем потребуется еще одно увеличение для достижения заданного закрытого положения. Пневматический привод с пружинным возвратом производит различную мощность при ходе воздуха и пружины. Электрический привод может иметь отдельные номинальные, пусковые, посадочные и максимальные пределы мощности. Таким образом, сравнение одного номера клапана с одним номером привода не дает надежного результата определения размера.
В этом руководстве объясняется практический метод определения крутящего момента привода клапана для промышленных шаровых, дроссельных и пробковых клапанов. Он также показывает, где находятся факторы безопасности, почему минимальное давление воздуха или низкое напряжение питания имеют значение и как максимально допустимый крутящий момент штока может дисквалифицировать привод, который кажется достаточно мощным.
Какой крутящий момент должен соответствовать расчету крутящего момента привода клапана
Полная проверка размеров должна доказать четыре вещи:
- Привод может при необходимости запустить клапан в любом конечном положении.
- Привод может продолжать полный ход без дефицита крутящего момента.
- Привод может достичь требуемого конечного положения и достичь заданного состояния отключения.
- Максимально возможная мощность привода не повредит шток клапана, привод, коробку передач, муфту или монтажные компоненты.
Первые три проверки устанавливают минимально необходимый результат. Четвертый устанавливает максимально приемлемый объем производства. Хороший размер должен вписываться в обе границы.
Результат также должен оставаться действительным в условиях реальной мощности. Выход пневматического привода обычно следует проверять при минимальном давлении, доступном на приводе во время работы системы, а не при давлении, указанном на паспортной табличке компрессора. Электрические приводы должны проверяться при указанном напряжении и частоте, включая допустимые изменения напряжения, условия запуска двигателя и классификацию режима работы.
Значения крутящего момента, которые имеют значение
Крутящий момент открытия
Крутящий момент открытия-открытия, часто сокращенно BTO, представляет собой крутящий момент, необходимый для перемещения закрытого клапана от седла. Его также называют моментом отрыва, крутящим моментом отрыва или крутящим моментом отрыва. Для многих шаровых кранов с мягким седлом BTO является критической точкой, поскольку контакт седла, нагрузка давлением и статическое трение действуют вместе, пока клапан находится в неподвижном состоянии.
Разрывной момент может увеличиться после длительных периодов простоя, циклического изменения температуры, вздутия седла, отложений, коррозии или потери смазки. Поэтому значение, измеренное на чистом новом клапане при температуре окружающей среды, может быть ниже, чем крутящий момент, необходимый после нескольких месяцев фактической эксплуатации.
Рабочий крутящий момент
Рабочий крутящий момент — это крутящий момент, необходимый при перемещении клапана между конечными положениями. Оно не обязательно постоянно. Трение в подшипниках, нагрузка на уплотнение, силы жидкости и геометрия клапана могут привести к изменению спроса в зависимости от угла.
Для шарового крана рабочий крутящий момент часто ниже, чем начальное требование для срабатывания, но это не следует предполагать без данных о клапане. Поворотные затворы могут развивать значительный динамический крутящий момент под потоком, а величина и направление могут меняться в зависимости от угла диска, скорости и перепада давления. Пробковые клапаны могут сохранять значительное трение на большей части своего хода.
Крутящий момент при открытии и закрытии
Крутящий момент от конца до открытия — это требование вблизи полностью открытого положения. Крутящий момент открывания-закрытия – это крутящий момент, необходимый для начала движения из полностью открытого состояния в закрытое. Эти значения имеют значение, когда технологический клапан должен надежно менять направление движения из любого конечного положения.
Иногда их исключают из упрощенных таблиц крутящих моментов. Если клапан или процесс создают асимметричный профиль крутящего момента, предположение, что открытие и закрытие идентичны, может привести к уменьшению размера в одном направлении.
Установочный или сквозной крутящий момент
Установочный момент необходим в конце хода закрытия, чтобы достичь заданного закрытого положения и сжать или зацепить систему уплотнения, как это предусмотрено. Слишком малый крутящий момент может привести к тому, что клапан не достигнет седла и может вызвать утечку. Чрезмерный крутящий момент может повредить мягкое седло, деформировать шток или муфту, перегрузить коробку передач или вызвать повторяющиеся отключения по крутящему моменту.
Не увеличивайте настройку привода просто для того, чтобы компенсировать клапан, который больше не сидит нормально. Несоосность, отложения, повреждение седла, термическую деформацию или препятствие необходимо исследовать, а не продавливать с помощью большего крутящего момента.
Откуда должны быть получены данные о крутящем моменте клапана
Производитель клапана должен предоставить требуемые значения крутящего момента для фактической конструкции клапана и определить угол и направление, при которых возникает каждый максимум. Данные должны соответствовать выбранным:
- Тип клапана, размер и класс давления
- Корпус, отделка, седло, уплотнение и упаковочные материалы
- Максимальный перепад давления в каждом направлении потока
- Рабочие и расчетные температуры
- Средние и ожидаемые твердые частицы, отложения или вязкость
- Рабочая частота и ожидаемые периоды простоя
- Требуемые характеристики утечки или отключения
Не выбирайте значение крутящего момента, скопированное с клапана другого производителя того же номинального размера. Диаметр штока, конструкция седла, система подшипников, обработка поверхности, допуски и нагрузка давлением могут привести к существенно различным требованиям к крутящему моменту.
Если сертифицированные данные о крутящем моменте недоступны, поставщик должен указать основу оценки и применяемую неопределенность. При критической изоляции, аварийном отключении, работе с газом под высоким давлением или в тяжелых химических условиях неопределенность следует устранять путем инженерной проверки или испытаний, а не прятать внутри привода произвольно увеличенных размеров.
Как условия процесса изменяют требуемый крутящий момент
Опубликованный крутящий момент клапана полезен только в том случае, если его испытательная база соответствует условиям эксплуатации. Следующие условия обычно требуют коррекции или дополнительной маржи:
| Условия эксплуатации | Возможное влияние на крутящий момент | Что подтвердить |
|---|---|---|
| Более высокий перепад давления | Увеличивает нагрузку давления на запорный элемент или седло. | Максимальный перепад давления в нормальных условиях, при запуске, останове и в условиях нарушения режима работы. |
| Низкая температура | Может повысить жесткость уплотнения, трение набивки и устойчивость к смазке. | Минимальная рабочая температура и температура окружающей среды, а не только нормальная температура |
| Высокая температура | Возможность изменения натяга седла, зазоров, нагрузки на уплотнение и прочности материала. | Максимальная температура процесса и термоциклирование |
| Сухой газ или нечастая эксплуатация | Может увеличить статическое трение после длительных периодов стоянки. | Самое продолжительное ожидаемое время простоя и график езды на велосипеде |
| Пульпа, окалина или кристаллизующаяся среда | Отложения могут препятствовать движению и увеличивать трение седла или подшипника. | Содержание твердых частиц, размер частиц, устройство промывки и очистки. |
| Липкие или высоковязкие среды | Может увеличить сопротивление и потребность в отрыве | Вязкость при самой низкой температуре эксплуатации |
| Высокий цикл работы | Повышает ограничения привода, связанные с нагревом, износом и режимом работы. | Циклов в час, время в пути и режим регулирования |
| Старение сидений или упаковки | Трение может увеличиваться с течением интервала обслуживания. | Интервал технического обслуживания и ожидаемое состояние окончания пробега |
Эти эффекты следует устранять, используя сервисные коэффициенты производителя клапана или корректировки для конкретного применения, если таковые имеются. Общий фактор безопасности не заменяет понимание сервиса.
Как применить коэффициент безопасности
Коэффициент безопасности добавляет разницу между ожидаемой потребностью клапана и минимальной выходной мощностью привода. В самой простой форме:
Расчетный крутящий момент в данном положении = проверенный крутящий момент клапана в этом положении × утвержденный коэффициент запаса прочности.
Например, если подтвержденный крутящий момент открытия составляет 400 Нм, а утвержденный коэффициент равен 1,25, расчетное значение для этого положения составляет 500 Нм.
Это уравнение простое; выбор фактора не является. Компания Emerson публикует пример определения размера привода с использованием коэффициента 1,2 или 20 %, но это пример указанного расчета, а не универсальное промышленное правило. Требуемый запас зависит от того, как был установлен первоначальный крутящий момент клапана, включает ли он уже факторы эксплуатации, серьезность применения, надежность электропитания и спецификации проекта.
Избегайте двойного счета маржи
Спросите, соответствует ли таблица крутящих моментов клапанов:
- Необработанное тестовое значение
- Расчетное номинальное значение
- Максимально необходимый крутящий момент
- Уже с поправкой на перепад давления и температуры.
- Уже поставляется с рекомендованным производителем коэффициентом безопасности.
Применение еще одного общего коэффициента к числу, которое уже включает маржу, может привести к ненужному завышению размера. Увеличение размера увеличивает стоимость и может привести к более серьезной механической перегрузке.
Когда может потребоваться дополнительная маржа
Дополнительный запас может быть оправдан, когда данные о крутящем моменте неопределенны, клапан простаивает в течение длительного времени, вероятны отложения или полимеризация, температуры существенно увеличивают трение или функция безопасности требует надежного движения в ухудшенных условиях. Сумма должна быть согласована поставщиком клапана, поставщиком привода и инженером проекта.
Увеличение запаса не устраняет неподходящую конструкцию клапана. Если твердые частицы могут скапливаться в полостях, материалы набухают в среде или клапан склонен к термическому схватыванию, правильным ответом может быть другой клапан, седло, промывочное устройство или процедура работы.
Сопоставление полных кривых крутящего момента
После корректировки потребности клапана сравните ее с выходной мощностью привода в каждом соответствующем положении. Привод должен оставаться выше требуемой кривой во время открытия и закрытия.
Пневматические приводы двойного действия
Для привода двойного действия проверьте выходную мощность в обоих направлениях при минимально доступном давлении питания. Таблицы каталога зависят от давления. Выбор столбца с давлением 6 бар недействителен, если привод может получить только 4,5 бар после потерь в фильтре-регуляторе, падения давления в трубопроводе и одновременного потребления воздуха.
Используйте начальные, средние и конечные значения крутящего момента производителя привода или полную кривую. Одно номинальное выходное значение может скрыть недостаток, когда механизм создает меньший крутящий момент.
Пневматические приводы с пружинным возвратом
Привод с пружинным возвратом имеет два различных профиля выходного сигнала:
- Воздушный ход, при котором пневматическая сила действует против пружины.
- Ход пружины, при котором накопленная сила пружины приводит в движение клапан после удаления воздуха.
Проверьте оба хода независимо. Крутящий момент на конце пружины должен быть достаточным для выполнения требуемого действия при отказе, в то время как ход воздуха должен преодолевать клапан плюс нагрузку пружины при минимальном давлении воздуха. Агрегат, который правильно открывается во время ввода в эксплуатацию, все равно не сможет безопасно закрыться после потери воздуха, если был проверен только ход воздуха.
Направление отказа должно определяться из требований безопасности процесса. Обзор Выбор клапана при отказе закрытия и открытия при отказе перед назначением ориентации привода.
Реечный или кулисный механизм
Реечные приводы и приводы с кулисным механизмом не обязательно создают одинаковый профиль крутящего момента. Механизм с кулисным механизмом может обеспечить более высокую мощность в конце хода и меньшую мощность в середине хода, что может соответствовать определенным профилям нагрузки на четвертьоборотный клапан. Для сравнения по-прежнему необходимо использовать фактическую кривую производителя; Тип механизма сам по себе не гарантирует правильный размер.
Электрические приводы
Для электрического привода подтвердите номинальный выходной крутящий момент, допустимый крутящий момент при посадке, возможность запуска или отрыва, настройки моментного выключателя и максимальную мощность. Также проверьте:
- Напряжение питания, фаза и частота
- Допустимое изменение напряжения
- Открытие-закрытие, позиционирование или регулирование
- Количество пусков в час и время работы
- Требования к температуре окружающей среды и корпусу
- Температурные ограничения двигателя и редуктора
Некоторые электрические приводы могут кратковременно обеспечивать повышенный крутящий момент во время смещения, но эта функция должна быть подтверждена из документации и настроек выбранной модели. Его не следует принимать на основе номинального номинального крутящего момента. Покупатели, сравнивающие варианты автоматических клапанов, также могут просмотреть руководство по выбору электрического шарового крана.
Проверьте максимально допустимый крутящий момент штока
Минимальная выходная мощность составляет только половину размера конверта. Максимальный выходной или заданный крутящий момент привода должен оставаться ниже самого слабого допустимого предела в механической цепи. Это может включать в себя:
- Максимально допустимый крутящий момент штока клапана
- Ограничение входного или выходного крутящего момента коробки передач
- Ключ, квадратный привод или шлицевая емкость
- Мощность соединения и адаптера
- Прочность монтажного кронштейна
- Эталонный крутящий момент фланца привода-клапана
Максимально допустимый крутящий момент штока часто обозначается сокращением MAST. Это не тот крутящий момент, который необходим для работы клапана. Это структурный предел. Таким образом, правильный выбор удовлетворяет обоим условиям:
Минимальная мощность привода > скорректированная потребность клапана в каждом требуемом положении
Максимально возможная выходная мощность привода или настройка крутящего момента < применимых пределов клапана и трансмиссии.
Если оба эти условия не могут быть соблюдены, простой выбор привода большего размера небезопасен. Возможно, потребуется изменить шток клапана, коробку передач, монтажное оборудование или стратегию управления приводом.
Пример определения размера обработанного четвертьоборота
Предположим, что производитель клапана предоставляет следующие максимальные требуемые значения крутящего момента для четвертьоборотного шарового крана при проектном перепаде давления и температуры:
| Положение клапана | Опубликованное требование | Утвержденный фактор | Требования к дизайну |
|---|---|---|---|
| Перерыв, чтобы открыть | 400 Нм | 1.25 | 500 Нм |
| Бег в середине хода | 240 Нм | 1.25 | 300 Нм |
| Конец, чтобы закрыть | 320 Нм | 1.25 | 400 Нм |
Возможный пневматический привод двойного действия при минимально доступном давлении воздуха производит:
- 560 Нм в начале открытия
- 420 Нм в середине хода
- 470 Нм в конце закрытия
Привод превышает проектные требования во всех трех проверенных точках. Он проходит сравнение минимального результата.
Теперь предположим, что его максимально возможная мощность при максимальном давлении подачи составляет 720 Нм, в то время как подтвержденные пределы клапана MAST и всех трансмиссий превышают 900 Нм. Он также проходит предварительную проверку на перегрузку. Выбор не завершен до тех пор, пока не будут подтверждены монтажный интерфейс, время хода, расход воздуха, режим работы, действие при отказе, аксессуары и условия окружающей среды, но сравнение крутящего момента приемлемо.
Если бы привод создавал только 280 Нм в середине хода, он бы вышел из строя, даже если бы его пусковой момент превысил требование тормоза в 500 Нм. Если его максимально возможная мощность превышает предел штока или муфты, он также выйдет из строя, несмотря на достаточный рабочий крутящий момент.
Монтаж и выравнивание могут изменить полевые результаты
Правильный расчет все равно может привести к плохой работе, если привод неправильно установлен. Боковая нагрузка, смещенный от центра кронштейн, неправильный адаптер привода или недостаточное зацепление муфты могут увеличить трение и сконцентрировать напряжение.
ISO 5211:2026 определяет требования к интерфейсам крепления неполнооборотного привода, включая размеры фланцев и компонентов привода, а также эталонные значения крутящего момента. Это не устраняет необходимости проектировать промежуточный кронштейн и муфту с учетом фактической нагрузки. Если непосредственный монтаж невозможен, полный монтажный комплект должен передавать крутящий момент без чрезмерного отклонения или люфта.
Прежде чем увеличивать настройки крутящего момента, проверьте соосность привода и клапана на протяжении всего хода. См. руководство по несоосные приводы клапанов для общих механических последствий.
Распространенные ошибки при выборе размера привода
Использование только номинального размера клапана
Для двух клапанов диаметром DN100 или 4 дюйма может потребоваться разный крутящий момент, поскольку их класс давления, седло, шток, система подшипников и перепад давления различаются. Размер не является характеристикой крутящего момента.
Проверка только тормозного момента
Взлом-открытие может быть самым большим требованием, но он не является автоматически единственной критической точкой. Требования к бегу, обратному направлению и посадке все еще требуют сравнения.
Использование нормального давления вместо минимального
Пневматическая мощность падает вместе с давлением питания. Выбор подходящего давления по каталогу может не оставить запаса по крутящему моменту во время пиковой потребности установки в воздухе.
Игнорирование пружинного удара
Привод с пружинным возвратом должен приводить в действие клапан с запасенной энергией пружины во время хода отказа. Сами по себе характеристики воздушного удара не могут служить доказательством безопасности действий.
Применение универсального коэффициента безопасности
Фиксированный процент не учитывает неизвестные отложения, низкотемпературное трение уплотнений или неопределенные данные клапана. Он также может дублировать запас, уже включенный производителем клапана.
Игнорирование максимально допустимого крутящего момента
Привод слишком большого размера может перекрутить шток или повредить трансмиссию. Максимальное давление питания и настройки крутящего момента привода должны быть включены в проверку перегрузки.
Путаница крутящего момента с тягой
В данном руководстве основное внимание уделяется неполнооборотным клапанам. Для многооборотных задвижек и проходных клапанов в дополнение к входному крутящему моменту могут потребоваться расчеты осевого усилия, основанные на геометрии штока, перепаде давления, нагрузке на уплотнение и седло. Не рассчитывайте линейную или многооборотную систему только на основе метода крутящего момента на четверть оборота.
Рабочий процесс определения крутящего момента привода
- Определите функцию клапана, нормальное положение и требуемое положение отказа.
- Получите данные о крутящем моменте от производителя для конкретной конструкции клапана.
- Подтвердите максимальный перепад давления в обоих направлениях потока.
- Откорректируйте крутящий момент клапана в соответствии с фактической средой, температурой, отложениями, частотой и временем простоя.
- Убедитесь, что предоставленные значения уже включают в себя маржу за обслуживание.
- При необходимости примените утвержденный проектом коэффициент запаса прочности.
- Определите минимальное пневматическое давление или наихудшее состояние электропитания на приводе.
- Сравните выходную мощность привода и потребность клапана в каждой критической точке в обоих направлениях.
- Для пружинного возврата проверьте ходы воздуха и пружины отдельно.
- Проверьте MAST, коробку передач, привод, муфту, кронштейн и пределы интерфейса при максимально возможной мощности.
- Подтвердите рабочий цикл, время работы, количество пусков в час, окружающую среду и аксессуары.
- Задокументируйте предположения и утвержденную конфигурацию в техническом описании или предложении.
Контрольный список запросов цен для определения размеров клапана и привода
Прежде чем запросить выбор привода, предоставьте следующую информацию:
| Группа данных | Необходимая информация |
|---|---|
| Клапан | Тип, размер, класс давления, модель, размеры штока/привода, направление открытия и интерфейс монтажа |
| Процесс | Среда, твердые частицы или вязкость, рабочее/расчетное давление, перепад давления, рабочая/расчетная температура и направление потока. |
| Крутящий момент | BTO, рабочие значения, значения «конец-открытие», «разрыв-закрытие» и «конец-закрытие»; тестовая база; включенные коэффициенты обслуживания; МАЧТА |
| Операция | Двухпозиционный или модулирующий режим, количество циклов в час, необходимое время в пути, экстренные действия и самый продолжительный период простоя |
| Пневматическое питание | Минимальное и максимальное давление на приводе, качество воздуха, положение отказа и доступный объем воздуха. |
| Электроснабжение | Напряжение, фаза, частота, сигнал управления, обратная связь, допустимое изменение напряжения и классификация режима работы. |
| Окружающая среда | Расположение внутри/на открытом воздухе, температура окружающей среды, класс коррозии, требования к корпусу и опасной зоне. |
| Аксессуары | Электромагнитный клапан, концевые выключатели, позиционер, фильтр-регулятор, ручное управление, местное управление и протокол связи. |
Для автоматизированных шаровых кранов компания Vcore Valve может совместно проанализировать конструкцию клапана и конфигурацию привода. Сопутствующие ресурсы включают в себя шаровые краны с приводом для автоматизации технологических процессов, приводы одностороннего и двойного действия и шаровые краны с низким крутящим моментом для систем автоматизации.
Краткое изложение инженерного решения
Определение крутящего момента привода клапана — это процедура сопоставления кривых и проверки пределов, а не сравнение одного числа. Привод должен превышать скорректированную потребность клапана при трогании, ходе и окончательной посадке в обоих требуемых направлениях. При выборе пневматического механизма необходимо использовать минимальное доступное давление воздуха, а при выборе с пружинным возвратом необходимо независимо проверять ход воздуха и пружины. Выбор электрической системы должен учитывать изменение питания, режим работы и управление крутящим моментом.
Выбранный привод также должен соответствовать максимально допустимому крутящему моменту штока, редуктора, муфты и монтажного интерфейса. Привод большего размера автоматически не становится безопаснее. Надежный выбор основан на проверенных данных о крутящем моменте клапана, явных предположениях по эксплуатации и документированном сравнении полных профилей крутящего момента клапана и привода.
Чтобы запросить проверку конфигурации, отправьте Vcore Valve тип клапана, размер, класс давления, среду, перепад давления, температуру, рабочую частоту, требуемое положение отказа, доступный источник питания и требования к проектной документации через Страница запроса проекта клапана.
Часто задаваемые вопросы
Что такое тормозной момент в клапане?
Разрывной момент – это крутящий момент, необходимый для перемещения клапана из стационарного конечного положения. Крутящий момент открытия часто имеет решающее значение, поскольку нагрузка на седло и статическое трение действуют вместе, когда закрытый клапан впервые начинает двигаться.
Всегда ли рабочий крутящий момент ниже тормозного момента?
Нет. Для некоторых конструкций шаровых кранов оно часто бывает ниже, но геометрия клапана, перепад давления, силы жидкости, отложения и трение могут создать еще одну критическую точку во время движения. Используйте полные данные о крутящем моменте, предоставленные производителем клапана, а не предполагайте общий профиль.
Какой коэффициент безопасности следует использовать при выборе привода?
Не существует универсального фактора для каждого клапана и услуги. Коэффициент должен соответствовать рекомендациям производителя клапана и спецификациям проекта с учетом того, включены ли в опубликованный крутящий момент корректировки, связанные с обслуживанием. Коэффициент 1,2 присутствует в примере определения размера Emerson, но его не следует рассматривать как правило для всех применений.
Почему пневматический привод должен рассчитываться на минимальное давление воздуха?
Производительность привода уменьшается с увеличением доступного давления воздуха. Потеря давления в трубопроводах и аксессуарах или одновременно высокая потребность установки могут привести к тому, что давление на приводе станет ниже давления в компрессоре или коллекторе.
Может ли привод быть слишком большим для клапана?
Да. Превышение мощности может привести к перегрузке штока клапана, коробки передач, адаптера привода, муфты или монтажного кронштейна. Максимальная мощность привода и настройки крутящего момента должны оставаться ниже применимых механических пределов.
В чем разница между крутящим моментом клапана и MAST?
Крутящий момент клапана – это величина, необходимая для работы клапана. Максимально допустимый крутящий момент штока, или MAST, представляет собой конструктивный предел, который не следует превышать. Правильный выбор обеспечивает достаточный рабочий крутящий момент, оставаясь при этом ниже пределов MAST и других пределов трансмиссии.
