Das Abstimmen eines elektrischen Stellantriebs mit einem Regelventil ist nicht dasselbe wie das Abstimmen eines elektrischen Stellantriebs mit Kugelhähnen oder Absperrklappen. Der Unterschied besteht darin, dass sich der Schaft linear und nicht in einer rotationsbewegung bewegt.
Wenn der Typ des Stellantriebs falsch ausgewählt wird, funktioniert das Ventil entweder überhaupt nicht oder verschleißt viel schneller als erwartet.
Der Grund, warum Regelventile eine andere Art von Stellantrieb benötigen
Während die meisten Ventile nur eine Vierteldrehung von der offenen zur geschlossenen Position drehen, verwenden Regelventile einen anderen Mechanismus zur Steuerung des Durchflusses. Regelventile arbeiten, indem sie ihren Schaft entweder nach oben oder unten bewegen, während sie das Handrad drehen.
Wenn es sich so auf und ab bewegt, dauert es mehrere volle Umdrehungen der Abtriebswelle des Stellantriebs, um das Ventil zu betätigen. Bei größeren Ventilen können fünf bis 30 oder sogar mehr Umdrehungen erforderlich sein.
Deshalb kann ein elektrischer Stellantrieb eines Regelventils kein Vierteldrehungs-Stellantrieb sein. Ein Regelventil kann ohne einen Mehrumdrehungs-Stellantrieb einfach nicht funktionieren.
Der Mehrumdrehungs-Stellantrieb arbeitet mit dem Regelventilschaft über Getriebe zusammen, um die Geschwindigkeit zu reduzieren und das Drehmoment zu erhöhen.
Schaftkraft vs. Drehmoment
Vierteldrehungs-Ventilanwendungen befassen sich mit Drehmoment. Regelventilanwendungen fügen ein weiteres Konzept hinzu: Schaftkraft.
Der Stellantrieb muss genügend Drehmoment an der Abtriebswelle erzeugen, das das Getriebe in eine lineare Kraft umwandelt, um den Stopfen gegen den Sitzring zu drücken.
Bei höheren Drücken steigt der Anpresskraftbedarf. Deshalb sehen die Drehmomentdaten eines Ventilherstellers für ein Regelventil anders aus als die Daten für ein Kugelhahnventil gleicher Größe.
Ein/Aus vs. Regelung: Was brauchen Sie?
Diese Frage stellt sich bei fast jedem Regelventilprojekt. Die Antwort hängt davon ab, was das Ventil tun soll, und die beiden Regelungsarten sind nicht austauschbar.
Ein/Aus-Steuerung
Ein/Aus-Stellantriebe fahren das Ventil auf ein binäres Signal vollständig auf oder zu. Es gibt keine Zwischenposition.
Sie eignen sich für Absperranwendungen, bei denen der Prozess das Ventil nur in einem von zwei Zuständen benötigt.
Absperrventile für Kesselspeisewasser, Pumpenumgehungsleitungen und Einlassventile von Tanks sind typische Beispiele. Einfacher zu spezifizieren, typischerweise kostengünstiger und einfach zu warten.
Modulierende Steuerung
Regelungs-Stellantriebe positionieren das Ventil an einer beliebigen Stelle im Verfahrwegbereich. Sie empfangen ein kontinuierliches Steuersignal, typischerweise 4-20mA oder 0-10V DC, und bewegen sich in die entsprechende Position.
Ein 12mA-Signal in einem 4-20mA-System positioniert das Ventil auf etwa 50 Prozent des Verfahrwegs.
Durchflussregelung, Temperaturregelkreise und Druckregelung erfordern alle Modulierende Steuerung.
A elektrische Stellantriebe für Regelventile im Regelbetrieb benötigen einen integrierten Positionierer. Der Positionierer vergleicht das eingehende Steuersignal mit der tatsächlichen Ventilposition und korrigiert jede Abweichung.
Ohne ihn kann der Stellantrieb die genaue Position unter sich ändernden Prozessbedingungen nicht halten.
HLK-Systeme sind eine der häufigsten Umgebungen für Regelungs- Regelventil-Stellantriebe. Kühlwasser- und Warmwasserkreisläufe verwenden sie, um Raumtemperatur-Sollwerte durch Variieren des Durchflusses durch Spulen aufrechtzuerhalten.
In Prozessanlagen gilt das gleiche Prinzip für die Reaktortemperaturregelung und Kühlwassersysteme.
Die Serie “AOX-M” ist für den Betrieb von Ventilen mit 360°-Mehrgangdrehung, wie z. B. Schieberventilen und Kugelventilen, ausgelegt.
MEHR ERFAHRENDimensionierung: Wie viel Drehmoment benötigt ein Regelventil?
Die Drehmomentdimensionierung für einen Stellantrieb für Regelventile folgt einer bestimmten Reihenfolge. Das Überspringen eines Schritts birgt das Risiko einer Unterdimensionierung, die zu einem Stellantriebsstall führt, oder einer Überdimensionierung, die das Budget verschwendet und die Ventilpackung beschädigen kann.
Schritt 1: Holen Sie sich die Drehmomentdaten des Ventilherstellers
Der Ventilhersteller liefert die Drehmoment- oder Kraftanforderungen für die spezifische Ventilsgröße, Druckklasse und Packungsart. Dies ist der einzig zuverlässige Ausgangspunkt.
Generische Tabellen aus Stellantriebskatalogen sind kein Ersatz. Das tatsächliche Ventil-Datenblatt berücksichtigt die Sitzkraft, die Packungsreibung und die Schaftgewindeeffizienz auf eine Weise, die allgemeine Schätzungen nicht leisten können.
Schritt 2: Identifizieren Sie die ungünstigste Betriebsbedingung
Die Drehmomentanforderungen von Regelventilen sind nicht konstant. Sie erreichen typischerweise zwei Spitzenwerte: beim Öffnen aus der vollständig geschlossenen Position und beim endgültigen Schließen. Beide müssen überprüft werden. Der höhere Wert bestimmt die Auswahl des Stellantriebs.
Die Temperatur beeinflusst dies ebenfalls. PTFE-Packungen komprimieren sich bei erhöhten Temperaturen unterschiedlich. Ventile im Dampf- oder Hochtemperatur-Flüssigkeitsbetrieb können ein deutlich höheres Anlaufdrehmoment aufweisen als ähnliche Ventile im Umgebungsbetrieb bei gleicher Druckstufe.
Schritt 3: Wenden Sie den Sicherheitsfaktor an und überprüfen Sie die Verfahrzeit
Ein Sicherheitsfaktor von 1,25 bis 1,5 ist für die meisten industriellen Anwendungen Standard. Multiplizieren Sie das ungünstigste Ventildrehmoment mit dem Sicherheitsfaktor, um das erforderliche minimale Abtriebsdrehmoment des Stellantriebs zu erhalten.
Für den Regelbetrieb ist es sinnvoll, sich an 1,5 zu orientieren. Regelungs-Stellantriebe laufen kontinuierlich und erfahren mehr kumulativen Verschleiß als Ein/Aus-Einheiten.
Einige Anwendungen geben auch eine maximale Verfahrzeit an. Ein Bypassventil für eine Dampfturbine muss möglicherweise in 15 Sekunden schließen, um nachgeschaltete Geräte zu schützen.
Die Abtriebsgeschwindigkeit des Stellantriebs, gemessen in Schaftumdrehungen pro Minute, muss der erforderlichen Verfahrzeit entsprechen.
AOX Mehrumdrehungs-Elektroantriebe decken Abtriebsdrehmomente von 30 Nm bis 6.000 Nm ab, mit einstellbaren Laufzeiteinstellungen, die es ermöglichen, die Verfahrgeschwindigkeit an die Prozessanforderungen anzupassen.
Häufige Fehler bei der Paarung von Stellantrieben mit Regelventilen
Die meisten Paarungsprobleme lassen sich auf eine kleine Anzahl wiederkehrender Fehler zurückführen.
Verwendung von Drehmomentdaten von der falschen Ventilsgröße
Die Drehmomentanforderungen skalieren mit der Ventilsgröße. Ein 2-Zoll-Regelventil und ein 4-Zoll-Regelventil mit der gleichen Druckstufe haben keine ähnlichen Drehmomentanforderungen.
Verwenden Sie immer das Datenblatt für die spezifische installierte Ventilsgröße, nicht eine benachbarte Größe aus derselben Produktfamilie.
Übersehen des Packungstyps
Graphitpackungen erzeugen bei gleicher Stammgröße deutlich mehr Reibung als PTFE.
Ein für PTFE-Packungen dimensionierter Stellantrieb kann bei einem Ventil mit Graphitpackungen blockieren, wenn keine zusätzliche Marge eingeplant wurde.
Der Packungstyp muss vor der endgültigen Auswahl bestätigt werden und darf nicht erst nach der Inbetriebnahme entdeckt werden.
Packungsreibung und Stammkraft — PTFE vs. flexible Graphitpackung
Flexible Graphitpackungen können bis zu 2,5-mal höhere Stammreibung als Standard PTFE-Packungen bei erhöhten Temperaturen erzeugen. 180 °C (350 °F), ansteigt.
Wenn Sie einen Mehrumdrehungs-Elektroantrieb für Hochdruck-Dampfkugelventile oder für jede Anwendung mit Graphitpackung spezifizieren, Sicherheitsfaktor ≥ 1,5× zum vom Hersteller angegebenen Anlaufkraft — nicht das nominelle Betriebsdrehmoment — um ein Blockieren des Stellantriebs beim Kaltstart zu verhindern.
Dampf / Graphitgepacktes Kugelventil → StellantriebskraftMin. = Nenn-Anlaufkraft × 1.5 (verwenden Sie 1.25 nur für PTFE-gepackte Umgebungsanwendungen)Senden Sie Ihr Ventil-Datenblatt für eine kostenlose AOX Schub- & Packungsreibungsdimensionierung
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Unter der Annahme, dass der Stellantrieb die Regelung ohne Stellungsregler handhabt
A Kugelhahn mit elektrischem Stellantriebs im Regelbetrieb benötigt einen Stellungsregler. Einige Stellantriebe enthalten diesen standardmäßig. Andere erfordern eine externe Einheit.
Die Annahme einer Regelungsfähigkeit, ohne die Einbeziehung eines Stellungsreglers zu bestätigen, ist ein häufiger und vermeidbarer Spezifikationsfehler, der normalerweise erst bei der Inbetriebnahme der Schleife zum schlechtesten Zeitpunkt auftritt.
Auswahl nur nach Spannungsverträglichkeit
Die Spannungsverträglichkeit erhält die meiste Aufmerksamkeit bei der Beschaffung. Drehmomentabgabe, Verfahrzeit, Steuersignalart und Schutzart erhalten oft weniger Aufmerksamkeit.
Alle sind wichtig. Ein Stellantrieb mit der richtigen Spannung, aber falschem Drehmoment, wird das Ventil unabhängig von der elektrischen Verbindung nicht richtig betreiben.
Elektrischer Kugelventilantrieb: FAQs
F1. Kann ein Vierteldrehungs-Stellantrieb für einen Kugelhahn verwendet werden?
Nein. Vierteldrehungs-Stellantriebe erzeugen 90 Grad Drehung zwischen offen und geschlossen. Kugelhahnspindeln erfordern mehrere volle Umdrehungen.
Die physische Verbindung eines Vierteldrehungs-Stellantriebs mit einer Kugelhahnspindel erzeugt nicht die erforderliche Spindelbewegung und kann das Getriebe des Stellantriebs beschädigen. Mehrgang-Betätigung ist eine zwingende Anforderung, keine Präferenz.
F2. Was ist der Unterschied zwischen Ein/Aus- und Regelungs-Stellantrieben?
Ein/Aus-Stellantriebe bewegen das Ventil auf ein binäres Signal hin vollständig offen oder vollständig geschlossen. Es gibt keine Zwischenposition. Regelungs-Stellantriebe empfangen ein kontinuierliches Steuersignal und positionieren das Ventil an jeder Stelle seines Verfahrbereichs.
Regelungs-Einheiten benötigen einen Stellungsregler, um eine genaue Position unter wechselnden Prozessbedingungen aufrechtzuerhalten. Ein/Aus-Einheiten nicht.
F3. Wie viel Drehmomentreserve sollte über der Nennanforderung des Ventils liegen?
Der anerkannte Standard ist ein Sicherheitsfaktor von 1,25 bis 1,5-mal dem maximalen Ventildrehmoment. Für den Regelbetrieb ist das obere Ende dieses Bereichs angemessener.
Bei Ventilen mit Graphitpackungen oder im Hochtemperaturbetrieb kann eine zusätzliche Reserve über 1,5 hinaus gerechtfertigt sein. Stützen Sie die Berechnung immer auf die tatsächlichen Daten des Ventilherstellers und nicht auf Schätzungen aus generischen Tabellen.
