L'une des erreurs les plus fréquentes commises lors de la mise en service des installations de procédé est la sous-dimensionnement de l'actionneur de vanne.
Cela entraînerait le calage de l'actionneur de vanne, l'incapacité de la vanne à répondre aux instructions. Enfin, la cause de tout cela réside dans les calculs de couple qui n'ont pas pris en compte toutes les forces.
Obtenir calcul du couple de l'actionneur de vanne dès le départ permet d'éviter les retouches, les temps d'arrêt et les dommages matériels.
Qu'est-ce que le couple et pourquoi est-il important ?
Le couple est la force qui provoque la rotation de la tige de la vanne d'une position à une autre. Il peut être mesuré en Newton-mètres (Nm) et en livres-pouces (in-lb).
Chaque vanne est accompagnée d'une spécification de couple fournie par le fabricant de la vanne. L'actionneur doit fournir au moins le couple requis dans le pire des cas.
Le problème est que les spécifications de couple changent continuellement en raison de nombreux facteurs. Cela inclut la pression de fonctionnement, la température, la viscosité du fluide de procédé et l'âge du siège et du garnissage de la vanne.
Un actionneur conçu uniquement pour la spécification de couple nominale pendant la période de mise en service peut ne pas suffire lors du fonctionnement ultérieur.
C'est pourquoi le dimensionnement de l'actionneur inclut toujours une marge de sécurité supérieure à l'exigence de couple publiée de la vanne.
Trois types de couple que tout ingénieur devrait connaître
Comprendre la différence entre les trois types de couple est la base de tout formule de calcul du couple de l'actionneur de vanne. Chacun représente un point différent dans le cycle de fonctionnement de la vanne.
Couple de démarrage
Le couple de démarrage est la force nécessaire pour commencer à déplacer une vanne de sa position complètement fermée ou complètement assise. C'est toujours la valeur de couple la plus élevée du cycle de fonctionnement.
La friction statique entre le disque ou la bille et le siège. Combinée à toute pression différentielle à travers la vanne, elle crée une résistance qui doit être surmontée avant que la vanne ne commence à bouger.
Pour la plupart des types de vannes, le couple de démarrage est de 1,3 à 1,5 fois le couple de fonctionnement. Dans les applications à haute pression ou pour les vannes qui sont restées statiques pendant de longues périodes, le rapport peut être plus élevé.
Couple de fonctionnement
Le couple de fonctionnement est la force requise pour continuer à faire tourner la tige de la vanne tout au long de sa course une fois qu'elle a commencé à bouger. Il est inférieur au couple de démarrage car la friction dynamique est inférieure à la friction statique.
Le couple de fonctionnement est ce que la fiche technique du fabricant de la vanne publie généralement comme couple de fonctionnement nominal à une pression différentielle donnée.
Couple de fermeture
Le couple de fermeture est la force appliquée à la fin de la course pour pousser fermement le disque ou la bille contre le siège. Cela crée une étanchéité parfaite.
Il est principalement pertinent pour les vannes à siège souple : vannes à boisseau sphérique avec sièges élastomères et vannes à boisseau sphérique avec des matériaux de siège en PTFE ou similaires. Les vannes à siège métallique dépendent davantage de la poussée de l'actionneur que du couple de fermeture rotatif pour l'étanchéité.
Comment calculer le couple pour l'actionneur de vanne et trois exemples résolus
La formule standard de dimensionnement du couple de l'actionneur de vanne est :
Couple d'actionneur requis = Couple de fonctionnement de la vanne x Facteur de sécurité
Où le couple de fonctionnement de la vanne est la valeur maximale parmi le couple de démarrage, le couple de fonctionnement et le couple de fermeture à la pression différentielle spécifiée.
Le facteur de sécurité est généralement de 1,25 à 1,5 pour les actionneurs électriques, conformément aux directives de dimensionnement ISA-75.19.01.
Exemple 1 : Vanne à boisseau sphérique quart de tour, service d'eau
Une vanne à boisseau sphérique DN100 en service d'eau a un couple de fonctionnement publié de 120 Nm à 10 bar de pression différentielle.
En appliquant un facteur de sécurité de 1,25 :
Couple d'actionneur requis = 120 x 1,25 = 150 Nm
Un L'actionneur électrique quart de tour AOX-R d'une puissance nominale de 160 Nm couvre cette exigence avec une marge adéquate.
La série “ AOX-R ” se caractérise par une structure compacte offrant une excellente résistance aux intempéries et aux vibrations.
APPRENDRE ENCORE PLUSExemple 2 : Vanne papillon, service chimique
Une vanne papillon DN200 sur une ligne de dosage chimique a un couple de démarrage de 280 Nm et un couple de fonctionnement de 210 Nm à 6 bar. La valeur de démarrage plus élevée prévaut.
En appliquant un facteur de sécurité de 1,3 pour le service chimique en raison de la dégradation potentielle du siège :
Couple d'actionneur requis = 280 x 1,3 = 364 Nm
Un actionneur d'une puissance nominale de 400 Nm est la sélection appropriée.
Exemple 3 : Vanne à soupape multi-tours, vapeur haute pression
Une vanne à soupape sur une conduite de vapeur haute pression a un calcul du couple de la tige de vanne provenant de la fiche technique du fabricant indiquant 850 Nm à 40 bar. Le service de vapeur avec cyclage thermique applique une friction de garniture supplémentaire.
Un facteur de sécurité de 1,5 est approprié :
Couple d'actionneur requis = 850 x 1,5 = 1 275 Nm
Un L'actionneur électrique multi-tours AOX-M avec une plage de couple allant jusqu'à 6 000 Nm couvre cette application avec une marge pour l'usure future et l'augmentation de la pression.
La série “ AOX-M ” est conçue pour actionner des vannes à rotation multiple de 360°, telles que les vannes à guillotine et les vannes à globe.
APPRENDRE ENCORE PLUSComment trouver les exigences de couple de votre vanne
Pour obtenir les informations de couple les plus précises, vous devez consulter la fiche technique du fabricant correspondant à la taille et à la pression nominale de votre vanne spécifique.
La plupart des spécifications de couple publiées sont déterminées à une certaine pression différentielle, généralement la pression de service maximale autorisée de la vanne.
Si la pression de fonctionnement réelle est inférieure, l'exigence de couple sera également inférieure.
Lorsqu'une fiche technique du fabricant n'est pas disponible, le couple peut être estimé à l'aide du facteur Cv de la vanne et des conditions de fonctionnement. Cependant, cette méthode est moins précise et doit toujours inclure une marge de sécurité plus importante.
Pour dimensionnement du couple de l'actionneur électrique, confirmez les éléments suivants avant de sélectionner un actionneur :
- Pression différentielle maximale que la vanne rencontrera en service.
- Type de vanne (à boisseau sphérique, à papillon, à soupape, à piston) et matériau du siège.
- Nombre de cycles de fonctionnement par jour.
- Si l'application nécessite retour à ressort de sécurité.
l'équipe de fabrication d'AOX assiste à l'adaptation vanne-actionneur dans le cadre de son programme de support technique. Cela comprend les schémas de câblage, l'intégration du système et les conseils de programmation.
Quelle marge de sécurité faut-il prévoir ?
Le facteur de sécurité comble l'écart entre le couple nominal d'une vanne et les conditions réelles qu'elle rencontrera.
Un facteur trop bas risque de bloquer l'actionneur. Un facteur trop élevé gaspille le budget en une unité surdimensionnée.
| Type d'application | Facteur de sécurité recommandé |
| Eau propre, faible fréquence de cycles | 1.25 |
| Industriel général, pression modérée | 1,25 à 1,35 |
| Service chimique ou abrasif | 1,35 à 1,5 |
| Vapeur haute pression, haute fréquence de cycles | 1.5 |
| Retour à ressort de sécurité requis | 1,5 ou plus |
Ces valeurs sont conformes aux normes de dimensionnement des actionneurs ISA-75.19.01.
Concernant les actionneurs à retour par ressort, la force du ressort doit également être déduite de la capacité de couple de sortie de l'actionneur.
La famille d'actionneurs électriques AOX va de 30 Nm à 6 000 Nm de couple dans ses familles quart de tour, multi-tours et 3. éliminent cette conversion et offrent une meilleure plage de réglage en.
Tous ont été certifiés CE, ATEX, UDEM et EAC. L'indice de protection standard est IP67. Le délai de livraison standard est de 15 jours, avec 10 à 15 jours pour les commandes urgentes.
FAQ
Q1. Que se passerait-il si la taille de l'actionneur était petite ?
Si la taille de l'actionneur était petite, il se bloquerait avant de terminer l'ouverture ou la fermeture de la vanne.
Cela pourrait entraîner la génération de signaux d'alarme, des interruptions de processus ou une ouverture partielle de la vanne dans les opérations automatisées.
Le moteur de l'actionneur pourrait même surchauffer en raison des tentatives constantes de blocage.
Q2. Peut-on utiliser le même actionneur pour le service d'eau et d'huile ?
L'actionneur lui-même peut souvent être la même unité, car il n'est pas en contact avec le fluide de processus. Ce qui change, c'est l'exigence de couple de la vanne.
Le service d'huile implique généralement une viscosité plus élevée et des conditions de pression différentes de celles de l'eau, ce qui affecte le couple de fonctionnement de la vanne.
Le dimensionnement du couple de l'actionneur doit refléter les conditions de service réelles pour chaque application séparément.
Q3. Comment savoir quand un actionneur plus grand est nécessaire ?
Les indicateurs d'un actionneur sous-dimensionné sont un mouvement lent ou incomplet de la vanne, des déclenchements de surcharge thermique excessifs et une consommation de courant plus élevée.
Si ces symptômes apparaissent, recalculez le calcul du couple de l'actionneur de vanne en utilisant les pressions de fonctionnement réelles. Vérifiez également si l'état du siège ou du garnissage de la vanne a changé depuis la mise en service initiale.
