یکی از رایجترین اشتباهات در مرحله راهاندازی کارخانههای فرآیندی، کوچکسازی عملگر شیر است.
این امر منجر به توقف عملگر شیر، ناتوانی شیر در پاسخ به دستورات میشود. در نهایت، علت همه اینها در محاسبات گشتاور نهفته است که تمام نیروها را در نظر نگرفته است.
دریافت محاسبه گشتاور عملگر شیر از ابتدا، صرفهجویی در بازکاری، زمان توقف و آسیب تجهیزات را به همراه دارد.
گشتاور چیست و چرا اهمیت دارد؟
گشتاور نیرویی است که باعث چرخش ساقه شیر از یک موقعیت به موقعیت دیگر میشود. این نیرو را میتوان بر حسب نیوتن-متر (Nm) و اینچ-پوند (in-lb) اندازهگیری کرد.
هر شیر دارای مشخصات گشتاور است که توسط سازنده شیر ارائه میشود. عملگر باید حداقل گشتاور مورد نیاز را در بدترین سناریو فراهم کند.
مشکل اینجاست که مشخصات گشتاور به دلیل عوامل زیادی دائماً در حال تغییر است. این شامل فشار عملیاتی، دما، ویسکوزیته سیال فرآیند، و سن نشیمنگاه و بستهبندی شیر میشود.
عملگری که فقط برای مشخصات گشتاور اسمی در طول دوره راهاندازی طراحی شده است، ممکن است در عملیات بعدی کافی نباشد.
به همین دلیل، اندازهگیری عملگر همیشه شامل یک حاشیه ایمنی بالاتر از نیاز گشتاور اعلام شده شیر است.
سه نوع گشتاور که هر مهندس باید بداند
درک تفاوت بین سه نوع گشتاور، اساس هر فرمول گشتاور عملگر شیر. است. هر کدام نشاندهنده نقطه متفاوتی در چرخه عملیاتی شیر است.
گشتاور راهاندازی
گشتاور راهاندازی نیرویی است که برای شروع حرکت شیر از موقعیت کاملاً بسته یا کاملاً نشسته لازم است. این همیشه بالاترین مقدار گشتاور در چرخه عملیاتی است.
اصطکاک استاتیک بین دیسک یا توپ و نشیمنگاه. همراه با هرگونه فشار دیفرانسیل در سراسر شیر، مقاومتی ایجاد میکند که باید قبل از شروع حرکت شیر بر آن غلبه کرد.
برای اکثر انواع شیرها، گشتاور راهاندازی 1.3 تا 1.5 برابر گشتاور در حال اجرا است. در کاربردهای فشار بالا یا شیرهایی که برای مدت طولانی ثابت بودهاند، نسبت میتواند بالاتر باشد.
گشتاور در حال اجرا
گشتاور در حال اجرا نیرویی است که برای ادامه چرخش ساقه شیر در طول مسیر آن پس از شروع حرکت لازم است. این کمتر از گشتاور راهاندازی است زیرا اصطکاک دینامیک کمتر از اصطکاک استاتیک است.
گشتاور در حال اجرا همان چیزی است که برگه داده سازنده شیر معمولاً به عنوان گشتاور عملیاتی نامی در فشار دیفرانسیل معین منتشر میکند.
گشتاور نشیمنگاه
گشتاور نشیمنگاه نیرویی است که در انتهای مسیر اعمال میشود تا دیسک یا توپ را محکم در برابر نشیمنگاه فشار دهد. این باعث آببندی محکم میشود.
این عمدتاً برای شیرهای با نشیمنگاه نرم مرتبط است: شیرهای پروانهای با نشیمنگاه الاستومری و شیرهای توپی با مواد نشیمنگاه PTFE یا مشابه. شیرهای با نشیمنگاه فلزی بیشتر به نیروی عملگر نسبت به گشتاور نشیمنگاه چرخشی برای آببندی متکی هستند.
نحوه محاسبه گشتاور برای عملگر شیر و سه مثال حل شده
فرمول استاندارد اندازهگیری گشتاور عملگر شیر عبارت است از:
گشتاور عملگر مورد نیاز = گشتاور عملیاتی شیر × ضریب ایمنی
که در آن گشتاور عملیاتی شیر حداکثر مقدار بین گشتاور راهاندازی، در حال اجرا و نشیمنگاه در فشار دیفرانسیل مشخص شده است.
ضریب ایمنی معمولاً 1.25 تا 1.5 برای عملگرهای الکتریکی، طبق دستورالعملهای اندازهگیری ISA-75.19.01 است.
مثال 1: شیر توپی یکچهارم دور، سرویس آب
یک شیر توپی DN100 در سرویس آب دارای گشتاور عملیاتی اعلام شده 120 نیوتنمتر در فشار دیفرانسیل 10 بار است.
اعمال ضریب ایمنی 1.25:
گشتاور عملگر مورد نیاز = 120 × 1.25 = 150 نیوتنمتر
یک عملگر الکتریکی یکچهارم دور AOX-R با ظرفیت 160 نیوتنمتر این نیاز را با حاشیه کافی پوشش میدهد.
سری "AOX-R" دارای ساختار جمع و جور با مقاومت عالی در برابر آب و هوا و لرزش است.
بیشتر بدانیدمثال 2: شیر پروانهای، سرویس شیمیایی
یک شیر پروانهای DN200 در خط تزریق مواد شیمیایی دارای گشتاور راهاندازی 280 نیوتنمتر و گشتاور در حال اجرا 210 نیوتنمتر در 6 بار است. مقدار بالاتر گشتاور راهاندازی تعیینکننده است.
اعمال ضریب ایمنی 1.3 برای سرویس شیمیایی به دلیل تخریب احتمالی نشیمنگاه:
گشتاور عملگر مورد نیاز = 280 × 1.3 = 364 نیوتنمتر
عملگری با ظرفیت 400 نیوتنمتر انتخاب مناسبی است.
مثال 3: شیر دروازهای چند دور، بخار فشار بالا
یک شیر دروازهای در خط بخار فشار بالا دارای محاسبه گشتاور ساقه شیر از برگه داده سازنده که 850 نیوتنمتر در 40 بار را نشان میدهد. سرویس بخار با چرخه حرارتی اصطکاک بستهبندی اضافی را اعمال میکند.
ضریب ایمنی 1.5 مناسب است:
گشتاور عملگر مورد نیاز = 850 × 1.5 = 1,275 نیوتنمتر
یک عملگر الکتریکی چند دور AOX-M با محدوده گشتاور تا 6000 نیوتنمتر، این کاربرد را با حاشیه برای سایش آینده و افزایش فشار پوشش میدهد.
سری "AOX-M" برای کار با شیرهایی با چرخش چند دور 360 درجه، مانند شیرهای دروازهای و شیرهای کروی طراحی شده است.
بیشتر بدانید۱. چگونه الزامات گشتاور شیر خود را پیدا کنید
۲. برای دقیقترین اطلاعات گشتاور، باید به برگه اطلاعات سازنده مربوط به اندازه شیر و رتبه فشار خاص خود مراجعه کنید.
۳. بیشتر مشخصات گشتاور منتشر شده در فشار دیفرانسیل معین، معمولاً حداکثر فشار کاری مجاز شیر تعیین میشوند.
۴. اگر فشار عملیاتی واقعی کمتر باشد، نیاز به گشتاور نیز کمتر خواهد بود.
۵. هنگامی که برگه اطلاعات سازنده در دسترس نیست، میتوان گشتاور را با استفاده از ضریب Cv شیر و شرایط عملیاتی تخمین زد. با این حال، این روش دقت کمتری دارد و همیشه باید شامل حاشیه ایمنی بزرگتری باشد.
برای ۶. اندازه گیری گشتاور محرک الکتریکی, ۷. ، قبل از انتخاب محرک موارد زیر را تأیید کنید:
- ۸. حداکثر فشار دیفرانسیل که شیر در سرویس با آن مواجه خواهد شد.
- ۹. نوع شیر (توپی، پروانهای، دروازهای، کروی) و جنس نشیمنگاه.
- ۱۰. تعداد چرخه عملیاتی در روز.
- ۱۱. آیا برنامه نیاز دارد ۱۲. بازگشت فنری ایمن.
۱۳. تیم تولید AOX ۱۴. به عنوان بخشی از بسته پشتیبانی فنی خود، در تطبیق شیر و محرک کمک میکند. این شامل نمودارهای سیم کشی، ادغام سیستم و راهنمایی برنامه نویسی است.
۱۵. چه مقدار حاشیه ایمنی باید در نظر گرفت؟
۱۶. ضریب ایمنی شکاف بین رتبه گشتاور اسمی شیر و شرایط دنیای واقعی که با آن مواجه خواهد شد را پر میکند.
۱۷. ضریبی که خیلی کم باشد خطر توقف محرک را به همراه دارد. ضریبی که خیلی زیاد باشد، بودجه را با یک واحد بیش از حد بزرگ هدر میدهد.
| ۱۸. نوع برنامه | ۱۹. ضریب ایمنی توصیه شده |
| ۲۰. آب تمیز، فرکانس چرخه کم | 1.25 |
| ۲۱. صنعتی عمومی، فشار متوسط | ۲۲. ۱.۲۵ تا ۱.۳۵ |
| ۲۳. سرویس شیمیایی یا ساینده | ۲۴. ۱.۳۵ تا ۱.۵ |
| ۲۵. بخار پرفشار، فرکانس چرخه بالا | 1.5 |
| ۲۶. بازگشت فنری ایمن مورد نیاز است | ۲۷. ۱.۵ یا بیشتر |
۲۸. این مقادیر با استانداردهای اندازه گیری محرک ISA-75.19.01 مطابقت دارند.
۲۹. در مورد محرکهای فنری، نیروی فنر نیز باید از قابلیت خروجی گشتاور محرک کسر شود.
۳۰. خانواده محرکهای الکتریکی AOX از ۳۰ نیوتن متر تا ۶۰۰۰ نیوتن متر گشتاور در خانوادههای ربع گرد، چند دور و عملگرهای خطی.
۳۱. همه آنها با CE، ATEX، UDEM و EAC تأیید شدهاند. IP67 کلاس حفاظت استاندارد است. زمان تحویل استاندارد ۱۵ روز است، با ۱۰-۱۵ روز برای سفارشات فوری.
سوالات متداول
۳۲. سوال ۱. اگر اندازه محرک کوچک باشد چه اتفاقی میافتد؟
۳۳. اگر اندازه محرک کوچک باشد، قبل از اتمام باز و بسته شدن شیر متوقف میشود.
۳۴. این میتواند منجر به تولید سیگنالهای هشدار، وقفه در فرآیند یا باز شدن جزئی شیر در عملیات خودکار شود.
۳۵. موتور محرک ممکن است حتی از تلاشهای مداوم برای توقف بیش از حد گرم شود.
۳۶. سوال ۲. آیا میتوان از یک محرک برای سرویس آب و روغن استفاده کرد؟
۳۷. خود محرک اغلب میتواند یک واحد باشد، زیرا با سیال فرآیند در تماس نیست. آنچه تغییر میکند نیاز به گشتاور شیر است.
۳۸. سرویس روغن معمولاً ویسکوزیته بالاتر و شرایط فشار متفاوتی نسبت به آب دارد که بر گشتاور عملیاتی شیر تأثیر میگذارد.
۳۹. اندازه گیری گشتاور محرک باید شرایط واقعی سرویس را برای هر برنامه به طور جداگانه منعکس کند.
۴۰. سوال ۳. چگونه میدانید که به یک محرک بزرگتر نیاز است؟
۴۱. نشانههای محرک ناکافی عبارتند از حرکت آهسته یا ناقص شیر، سفرهای اضافه بار حرارتی، و مصرف جریان بالاتر.
۴۲. اگر این علائم ظاهر شوند، مجدداً محاسبه کنید محاسبه گشتاور عملگر شیر ۴۳. با استفاده از فشارهای عملیاتی واقعی. همچنین، بررسی کنید که آیا وضعیت نشیمنگاه یا بستهبندی شیر از زمان راهاندازی اولیه تغییر کرده است یا خیر.
