Tính toán lực đẩy thân van xác định lực tuyến tính cần thiết để mở, di chuyển và đóng van thân tăng trong các điều kiện sử dụng được chỉ định. Nó rất cần thiết cho các van cổng vận hành bằng động cơ, van cầu được kích hoạt và nhiều van điều khiển thân trượt. Chỉ chọn bộ truyền động từ kích thước van hoặc công suất động cơ có thể dẫn đến việc không tháo được ghế, lực ngắt không đủ, thân quá tải, ghế bị hỏng hoặc cài đặt công tắc mô-men xoắn không chính xác.

Bảng tính kỹ thuật này giải thích cách lắp ráp tải trọng, tại sao van cổng và van cầu yêu cầu cách xử lý khác nhau và lực đẩy có thể liên quan như thế nào đến mô-men xoắn của đai ốc trục. Nó bổ sung cho chúng tôi hướng dẫn xác định kích thước mô-men xoắn của bộ truyền động van, tập trung chủ yếu vào van bi và van bướm một phần tư.

Bắt đầu với kết quả đầu ra đúng: Mô-men xoắn hay lực đẩy?

Một bộ truyền động điện nhiều vòng tạo ra đầu ra quay, trong khi đai ốc có ren hoặc bộ phận đẩy tuyến tính chuyển chuyển động quay đó thành chuyển động dọc trục. Do đó, nhà cung cấp van phải biết cả lực đẩy trục cần thiết và mô-men xoắn mà bộ truyền động hoặc hộp số phải cung cấp thông qua cách bố trí truyền động đã chọn.

Sổ cái tải lực đẩy gốc

Một mô hình vượt qua đầu tiên hữu ích là:

F_{bắt buộc} = F_{áp lực} + F_{chỗ ngồi/cái nêm} + F_{đóng gói} + F_{gốc/hướng dẫn} ± F_{trọng lượng} ± F_{mùa xuân}

Các dấu hiệu và thời gian là quan trọng. Không phải lực nào cũng đạt cực đại tại cùng một vị trí van. Tính toán ít nhất các trường hợp mở và đóng quan trọng một cách riêng biệt thay vì cộng mọi mức tối đa vào một con số không thực tế.

Lực đẩy Van cổng: Tính toán đóng mở riêng biệt

Van cổng nêm dưới áp suất chênh lệch không được thể hiện chính xác bằng một công thức chung. Áp lực đẩy cửa vào bệ hạ lưu, tạo ra ma sát trượt trong quá trình mở lần đầu. Góc nêm, hình dạng chỗ ngồi, tình trạng bề mặt, ma sát dẫn hướng, tải trọng đóng gói và hiệu ứng nhiệt có thể thay đổi đáng kể lực đẩy cần thiết.

Vị trí van cổng quan trọng

1. Tháo ghế sau khi đóng hoàn toàn: thường là tải mở cao nhất vì cổng có thể được nêm và chịu áp lực vào ghế.
2. Chạy qua du lịch: tải có thể giảm sau khi cổng tách khỏi bệ, nhưng lực ma sát đóng gói và dẫn hướng vẫn còn.
3. Đang tiếp cận mở hoàn toàn: chỉ kiểm tra điểm tiếp xúc của hàng ghế sau nếu van được thiết kế và chỉ định để sử dụng nó.
4. Trận chung kết và chỗ ngồi: Cần có đủ lực đẩy để tắt, nhưng lực đẩy quá mức có thể làm hỏng nêm, ghế ngồi, thân hoặc bộ truyền động.

Để sàng lọc sơ bộ, chênh lệch áp suất nhân với diện tích dự kiến hiệu quả có thể giúp thiết lập thang đo tải trọng thủy lực:

F_{thủy lực, màn hình} = ΔP × A_{hiệu quả}

Tuy nhiên, A_{hiệu quả} không tự động là diện tích lỗ khoan danh nghĩa đầy đủvà lực tạo ra không tự động là lực đẩy thân cần thiết. Việc tính toán van cổng phải chuyển tải trọng thủy lực bên thành ma sát ghế và tải trọng dọc trục bằng cách sử dụng hình dạng nêm và ghế thực tế. Lấy giá trị lực đẩy khi mở, chạy và đóng của nhà sản xuất van bất cứ khi nào có thể.

Dữ liệu van cổng nên đến từ nhà sản xuất

• Lực đẩy mở hoặc tháo đệm được yêu cầu tối đa ở áp suất chênh lệch thiết kế
• Lực đẩy chạy tối đa theo cả hai hướng
• Yêu cầu đóng hoặc lực đẩy chỗ ngồi
• Lực đẩy thân cây tối đa cho phép khi kéo và nén
• Bộ truyền động tối đa cho phép hoặc mô-men xoắn đai ốc trục
• Đường kính thân, dạng ren, bước hoặc chì và số lần bắt đầu
• Toàn bộ hành trình, tổng số lượt và thời gian vận hành cần thiết

Lực đẩy van cầu: Sử dụng diện tích không cân bằng hiệu quả

Đối với nút van cầu không cân bằng, lực thủy lực cơ bản là:

F_{mất cân bằng} = ΔP × A_{mất cân bằng}

Đối với diện tích hình tròn không cân bằng đơn giản:

A = πd² / 4

Hướng của lực phụ thuộc vào hướng dòng chảy và thiết kế là dòng chảy để mở hay dòng chảy để đóng. Phích cắm cân bằng làm giảm diện tích mất cân bằng hiệu quả, nhưng chúng không làm cho nó bằng 0; ma sát phốt và diện tích áp suất dư vẫn phải được xem xét. Đối với van điều khiển, hãy tính lực truyền động trên toàn bộ phạm vi di chuyển vì áp suất chênh lệch, diện tích nút chặn, lực lò xo và ma sát đóng gói có thể thay đổi theo vị trí.

Minh họa tính toán sàng lọc van cầu

Giả sử dữ liệu sơ bộ sau đây cho van cầu không cân bằng:

• Đường kính không cân bằng hiệu quả: 80 mm
• Áp suất chênh lệch tối đa: 1,6 MPa
• Ma sát đóng gói và dẫn hướng ước tính: 2,5 kN
• Tải trọng chỗ ngồi yêu cầu do nhà sản xuất van cung cấp: 6,0 kN

Bước 1 - Chuyển đổi đường kính thành diện tích:

A = π × 0,082 / 4 = 0,005027 m2

Bước 2 - Tính toán mất cân bằng thủy lực:

F_{mất cân bằng} = 1.600.000 × 0,005027 = 8.043 N ≈ 8,04 kN

Bước 3 - Xây dựng các trường hợp tải riêng biệt:

Ví dụ này được cố tình đơn giản hóa. Trước khi chọn bộ truyền động, hãy xác nhận hướng dòng chảy, liệu có thể tồn tại sự sụt giảm áp suất hoàn toàn khi tắt hay không, cân bằng phích cắm thực tế, dữ liệu đóng gói, yêu cầu tải trọng ghế, lực lò xo, hành động hỏng hóc cần thiết và lực sẵn có của bộ truyền động ở áp suất cung cấp không khí tối thiểu hoặc tình trạng điện tồi tệ nhất.

Chuyển đổi lực đẩy cần thiết thành mô-men xoắn gốc-đai ốc

Khi một bộ truyền động nhiều vòng quay một đai ốc trục, mối quan hệ hữu ích dựa trên hiệu suất là:

T = (F × L) / (2π × η)

Ở đâu:

• T = mômen đầu vào của trục-đai ốc, N·m
• F = lực đẩy dọc trục, N
• L = thân chì, mét trên mỗi vòng quay
• η = hiệu suất truyền động trục vít tổng thể

Chì là hành trình dọc trục trên mỗi vòng quay. Đối với ren một đầu, chì bằng cao độ. Đối với luồng có nhiều điểm bắt đầu, độ dẫn bằng cao độ nhân với số lần bắt đầu. Hiệu suất phụ thuộc vào dạng ren, đường kính trung bình, ma sát, vật liệu đai ốc, chất bôi trơn, vòng bi và hướng tải. Đừng cho rằng hiệu suất như nhau đối với cụm được bôi trơn mới và thân khô cũ.

Minh họa chuyển đổi mô-men xoắn van cổng

Giả sử nhà sản xuất van tuyên bố rằng lực đẩy thân van yêu cầu tối đa là 85 kN. Dây dẫn trục là 8 mm trên mỗi vòng quay và hiệu suất truyền động đã được xác minh đối với cách bố trí đai ốc trục đã chọn là 0,30.

T = (85.000 × 0,008) / (2π × 0,30) = 361 N·m

Nếu biên độ định cỡ được dự án phê duyệt là 25% cho phép tính cụ thể này:

T_{sự lựa chọn} = 361 × 1,25 = 451 N·m

Kết quả là không chỉ cho phép chọn bộ truyền động bằng cách tìm mô hình tiếp theo trên 451 N·m. Tổ hợp được chọn cũng phải đáp ứng lực đẩy yêu cầu và cho phép, khả năng chấp nhận thân, mặt bích lắp, tốc độ đầu ra, loại nhiệm vụ, số vòng quay, điều kiện môi trường xung quanh, nguồn điện và giới hạn quá tải của van.

Biên độ an toàn không được phép làm quá tải van

Biên độ kích thước tính đến độ không đảm bảo xác định chẳng hạn như biến đổi ma sát, độ mài mòn, nhiệt độ và biến động nguồn cung. Nó phải được thống nhất về van, bộ truyền động và dịch vụ. Lớn hơn không tự động an toàn hơn.

Lựa chọn cuối cùng phải thỏa mãn cả hai bất đẳng thức:

Lực đẩy thiết bị truyền động có sẵn ≥ Lực đẩy van yêu cầu với biên độ được phê duyệt

Lực đẩy truyền tối đa ≤ Van, thân, đai ốc, ách và tải trọng lắp cho phép

Bộ truyền động quá khổ có thể làm cong thân, đai ốc có ren bị quá tải, làm biến dạng ách, đè bẹp ghế hoặc tạo ra lực ép quá mức cho chỗ ngồi. Công tắc giới hạn và mô-men xoắn của bộ truyền động điện phải được đặt theo yêu cầu của van đã được phê duyệt. Lực truyền động khí nén phải được kiểm tra ở áp suất cung cấp tối thiểu hiện có, trong khi áp suất cung cấp tối đa phải được kiểm tra theo giới hạn quá tải.

Kiểm tra độ vênh và độ căng của thân cây

Một thân cây nhô lên dài chịu tải nén có thể bị hỏng do mất ổn định trước khi vật liệu đạt tới giới hạn chảy nén đơn giản của nó. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các van lớn, hành trình dài, thân van mở rộng và thân van không được hỗ trợ. Nhà cung cấp thân cây phải kiểm tra chiều dài hiệu dụng không được đỡ, các điều kiện cuối, đường kính gốc, tính chất vật liệu, mức độ tập trung ứng suất ren và hệ số thiết kế được yêu cầu.

Việc mở có thể khiến thân van bị căng trong khi đóng có thể khiến thân van bị nén hoặc ngược lại tùy thuộc vào cách bố trí van và bộ dẫn động. Ghi lại tải trọng cho phép theo cả hai chiều thay vì sử dụng một số không dấu.

Bảng tính kích thước thiết bị truyền động

Kiểm tra lựa chọn cuối cùng ngoài tính toán

• Chức năng van: cách ly, điều chỉnh, làm nhiệm vụ khẩn cấp hoặc điều khiển
• Di chuyển và rẽ: Hành trình van thực tế chia cho thân dẫn
• Thời gian hoạt động: tốc độ đầu ra của bộ truyền động phù hợp với thời gian di chuyển cần thiết
• Phân loại nhiệm vụ: đóng mở, nhích, định vị hoặc điều chế tần số
• Giao diện gắn kết: mặt bích, dạng truyền động, đường kính thân, độ cao của thân và bố trí chịu lực đẩy
• Hành động thất bại: Yêu cầu về năng lượng dự trữ, không mở được, không đóng được, không đúng chỗ hoặc không lưu trữ được
• Nguồn điện: áp suất khí nén/thủy lực tối thiểu hoặc điện áp và tần số điện
• Môi trường: vỏ bọc, khu vực nguy hiểm, nhiệt độ môi trường, bảo vệ chống ăn mòn và xâm nhập
• Kiểm soát: công tắc mô-men xoắn, công tắc giới hạn, bộ định vị, phản hồi hành trình và ghi đè thủ công cục bộ
• Bảo vệ quá tải: cài đặt dưới giới hạn hệ thống van yếu nhất cho phép

Đối với các phụ tùng của bộ truyền động nhiều vòng quay, ISO 5210:2026 đề cập đến các kích thước mặt bích và bộ phận truyền động, đồng thời đưa ra các giá trị mô-men xoắn và lực đẩy tham chiếu cho các giao diện được chỉ định. Nó không thay thế việc tính toán tải vận hành dành riêng cho van. Các yêu cầu về thiết bị truyền động điện cũng cần được xem xét dựa trên đặc điểm kỹ thuật của dự án và các tiêu chuẩn hiện hành như ISO 22153.

Thông tin cần đưa vào RFQ

Để xác định kích thước của cổng, quả cầu hoặc van điều khiển được kích hoạt, hãy gửi thông tin sau cùng với yêu cầu:

• Loại van, kích thước, cấp áp suất, vật liệu và kết nối đầu cuối
• Môi trường, áp suất thiết kế và vận hành, nhiệt độ và chênh lệch áp suất
• Áp suất chênh lệch ngắt tối đa và hướng dòng chảy
• Lớp rò rỉ hoặc ngắt yêu cầu
• Đường kính thân, dạng ren, bước/dây, số lần khởi động và hành trình hoàn toàn nếu van hiện có đang được tự động hóa
• Lực đẩy hoặc mô-men xoắn mở, chạy và đóng yêu cầu từ nhà sản xuất van
• Lực đẩy và mômen xoắn tối đa cho phép của thân cây
• Thời gian hoạt động cần thiết, chu kỳ nhiệm vụ và số lần khởi động mỗi giờ
• Nguồn điện hoặc áp suất không khí tối thiểu/tối đa của thiết bị
• Các yêu cầu về hành động lỗi, tín hiệu điều khiển, phản hồi, khu vực nguy hiểm và vỏ bọc

Van Vcore có thể xem van và bộ truyền động như một bộ phận lắp ráp cho van cổng, van cầu và van điều khiển. Để lắp và căn chỉnh một phần tư vòng quay, hãy xem lại của chúng tôi Hướng dẫn lắp van dẫn động ISO 5211. Để yêu cầu xem xét dự án, gửi bảng dữ liệu van và các yêu cầu về bộ truyền động đến Vcore Valve.

Các câu hỏi thường gặp về tính toán lực đẩy thân van

Lực đẩy thân van là gì?

Lực đẩy thân van là lực dọc trục được truyền qua thân van để mở, di chuyển, đóng hoặc đặt bộ phận đóng van. Nó thường được biểu thị bằng newton hoặc kilonewton.

Mô-men xoắn của bộ truyền động có thể được chuyển đổi trực tiếp thành lực đẩy thân van không?

Nó có thể liên quan đến trục dẫn động và hiệu suất truyền động, nhưng việc chuyển đổi đáng tin cậy cũng đòi hỏi dạng ren, ma sát, bôi trơn, đai ốc và thiết kế ổ trục. Chỉ riêng giá trị mô-men xoắn được công bố của bộ truyền động là không đủ.

Tại sao lực đẩy đóng và mở van cổng phải được tính riêng?

Tải trọng tới hạn xảy ra ở các vị trí khác nhau. Việc tháo chỗ ngồi có thể cần lực cao do ma sát chỗ ngồi và áp suất chênh lệch, trong khi việc đóng cuối cùng đòi hỏi lực chỗ ngồi được kiểm soát. Mức tối đa theo một hướng có thể không khớp với hướng kia.

Áp suất chênh lệch nhân với diện tích lỗ khoan có phải là lực đẩy cuối cùng của bộ truyền động không?

Không. Đây chỉ là tính toán sàng lọc lực thủy lực trừ khi diện tích hiệu dụng và đường dẫn tải được xác định cho thiết kế van thực tế. Ma sát của ghế, hình dạng nêm, độ kín, dẫn hướng, ren thân và tải trọng cho phép cũng phải được xem xét.

Hệ số an toàn nào nên được sử dụng cho lực đẩy của bộ truyền động van?

Không có hệ số chung cho mọi van và dịch vụ. Biên độ phải được thống nhất từ ​​dữ liệu của nhà sản xuất van, thông số kỹ thuật của dự án, mức độ nghiêm trọng của dịch vụ, độ không đảm bảo về ma sát, điều kiện cung cấp và nhiệm vụ của bộ truyền động. Nó không được làm cho lực đẩy truyền tối đa vượt quá tải trọng cho phép của van.

Tiêu chuẩn nào bao gồm việc gắn thiết bị truyền động nhiều vòng vào van?

ISO 5210:2026 quy định các yêu cầu đối với các phụ tùng của bộ truyền động nhiều vòng quay, bao gồm kích thước mặt bích và bộ phận dẫn động cũng như các giá trị mô-men xoắn và lực đẩy tham chiếu. Lực đẩy vận hành dành riêng cho van vẫn phải được nhà sản xuất van tính toán hoặc cung cấp.

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

• ISO 5210:2026 – Van công nghiệp – Phụ tùng của bộ truyền động nhiều vòng
• ISO 22153:2020 – Thiết bị truyền động điện cho van công nghiệp – Yêu cầu chung
• AUMA — Bộ truyền động đa vòng quay và bộ đẩy tuyến tính dành cho tự động hóa van cổng và van cầu
• Emerson — Cẩm nang van điều khiển
• Rotork - Dữ liệu ứng dụng mô-men xoắn và lực đẩy của hộp số nhiều vòng

Bài học thực tế: Trước tiên hãy xác định lực đẩy yêu cầu và cho phép của van, đánh giá việc đóng và mở theo các trường hợp tải riêng biệt, sau đó chỉ chọn bộ truyền động, đai ốc trục, hộp số và các cài đặt. Việc lắp ráp chính xác phải di chuyển van trong điều kiện trường hợp xấu nhất mà không vượt quá bất kỳ giới hạn nào của hệ thống van.