Один из наиболее часто допускаемых недочетов на этапе ввода в эксплуатацию технологических установок — это выбор привода клапана недостаточного размера.
Это приведет к остановке привода клапана, невозможности клапана реагировать на команды. Наконец, причина всего этого кроется в расчетах крутящего момента, которые не учитывали всех сил.
Получение расчета крутящего момента привода клапана правильно с самого начала экономит переделки, время простоя и повреждение оборудования.
Что такое крутящий момент и почему он важен?
Крутящий момент — это сила, вызывающая вращение штока клапана из одного положения в другое. Его можно измерять в ньютон-метрах (Нм) и дюйм-фунтах (дюйм-фунт).
Каждый клапан поставляется с указанием крутящего момента, предоставленным производителем клапана. Привод должен обеспечивать как минимум требуемый крутящий момент в наихудшем случае.
Проблема в том, что характеристики крутящего момента постоянно меняются из-за многих факторов. К ним относятся рабочее давление, температура, вязкость технологической среды, а также возраст седла и уплотнения клапана.
Привод, рассчитанный только на номинальный крутящий момент во время ввода в эксплуатацию, может оказаться недостаточным при последующей эксплуатации.
Вот почему при выборе размера привода всегда учитывается запас прочности сверх требуемого производителем клапана крутящего момента.
Три типа крутящего момента, которые должен знать каждый инженер
Понимание разницы между тремя типами крутящего момента является основой любого расчета крутящего момента привода клапана. Каждый из них представляет собой различную точку в рабочем цикле клапана.
Пусковой крутящий момент
Пусковой крутящий момент — это сила, необходимая для начала движения клапана из полностью закрытого или полностью установленного положения. Это всегда самое высокое значение крутящего момента в рабочем цикле.
Статическое трение между диском или шаром и седлом. В сочетании с любым перепадом давления на клапане оно создает сопротивление, которое необходимо преодолеть, прежде чем клапан начнет двигаться.
Для большинства типов клапанов пусковой крутящий момент в 1,3–1,5 раза превышает рабочий крутящий момент. В применениях с высоким давлением или в клапанах, которые долгое время находились в статическом состоянии, это соотношение может быть выше.
Рабочий крутящий момент
Рабочий крутящий момент — это сила, необходимая для продолжения вращения штока клапана по всей его траектории после начала движения. Он ниже пускового крутящего момента, поскольку динамическое трение ниже статического трения.
Рабочий крутящий момент — это то, что производитель клапана обычно указывает в техническом описании как номинальный рабочий крутящий момент при заданном перепаде давления.
Момент посадки
Момент посадки — это сила, прикладываемая в конце хода для плотного прижатия диска или шара к седлу. Это обеспечивает герметичное закрытие.
Он в основном актуален для клапанов с мягким седлом: дисковых затворов с эластомерными седлами и шаровых кранов с седлами из ПТФЭ или аналогичных материалов. Клапаны с металлическим седлом в большей степени зависят от усилия привода, чем от вращательного момента посадки, для герметичности.
Как рассчитать крутящий момент для привода клапана и три примера с решением
Стандартная формула расчета крутящего момента привода клапана:
Требуемый крутящий момент привода = Рабочий крутящий момент клапана x Коэффициент запаса
Где рабочий крутящий момент клапана — это максимальное значение среди пускового, рабочего и посадочного крутящего момента при заданном перепаде давления.
Коэффициент запаса обычно составляет от 1,25 до 1,5 для электрических приводов, согласно рекомендациям по выбору размера ISA-75.19.01.
Пример 1: Шаровой кран с поворотом на четверть оборота, водный сервис
Шаровой кран DN100 для воды имеет заявленный рабочий крутящий момент 120 Нм при перепаде давления 10 бар.
Применение коэффициента запаса 1,25:
Требуемый крутящий момент привода = 120 x 1,25 = 150 Нм
Ан Электрический привод с поворотом на четверть оборота AOX-R с номинальной мощностью 160 Нм покрывает это требование с достаточным запасом.
Серия “AOX-R” отличается компактной конструкцией, превосходной устойчивостью к атмосферным воздействиям и вибрации.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕПример 2: Дисковый затвор, химический сервис
Дисковый затвор DN200 на линии дозирования химикатов имеет пусковой крутящий момент 280 Нм и рабочий крутящий момент 210 Нм при давлении 6 бар. Более высокое значение пускового момента является определяющим.
Применение коэффициента запаса 1,3 для химического сервиса из-за возможной деградации седла:
Требуемый крутящий момент привода = 280 x 1,3 = 364 Нм
Привод с номинальной мощностью 400 Нм является подходящим выбором.
Пример 3: Многооборотный шиберный затвор, пар высокого давления
Шиберный затвор на линии пара высокого давления имеет расчет крутящего момента штока клапана согласно техническому описанию производителя, показывающий 850 Нм при 40 барах. Пар с термическими циклами создает дополнительное трение уплотнения.
Подходит коэффициент запаса 1,5:
Требуемый крутящий момент привода = 850 x 1,5 = 1275 Нм
Ан Многооборотный электрический привод AOX-M с запасом крутящего момента до 6000 Нм, это применение покрывает с запасом для будущего износа и увеличения давления.
Серия “AOX-M” предназначена для управления клапанами с многооборотным вращением на 360°, такими как задвижки и шаровые клапаны.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕКак найти требуемый крутящий момент для вашего клапана
Для получения наиболее точной информации о крутящем моменте необходимо обратиться к техническому описанию производителя, соответствующему размеру и номинальному давлению вашего клапана.
Большинство опубликованных спецификаций крутящего момента определяются при определенном перепаде давления, обычно при максимально допустимом рабочем давлении клапана.
Если фактическое рабочее давление ниже, то и требуемый крутящий момент будет ниже.
Когда техническое описание производителя недоступно, крутящий момент можно оценить, используя коэффициент Cv клапана и условия эксплуатации. Однако этот метод менее точен и всегда должен включать больший запас безопасности.
Для расчет размера электрического привода по крутящему моменту, подтвердите следующее перед выбором привода:
- Максимальный перепад давления, который будет испытывать клапан в эксплуатации.
- Тип клапана (шаровой, дисковый, задвижка, регулирующий) и материал седла.
- Количество рабочих циклов в день.
- Требуется ли для данного применения возврат пружиной с безопасным положением.
Производственная команда AOX помогает с подбором клапана и привода в рамках пакета технической поддержки. Это включает схемы подключения, интеграцию системы и руководство по программированию.
Какой запас безопасности следует оставить?
Коэффициент безопасности компенсирует разницу между номинальным крутящим моментом клапана и реальными условиями, с которыми он столкнется.
Слишком низкий коэффициент создает риск остановки привода. Слишком высокий коэффициент приводит к переплате за избыточный агрегат.
| Тип применения | Рекомендуемый коэффициент безопасности |
| Чистая вода, низкая частота циклов | 1.25 |
| Общее промышленное применение, умеренное давление | 1,25–1,35 |
| Химически агрессивные или абразивные среды | 1,35–1,5 |
| Пар высокого давления, высокая частота циклов | 1.5 |
| Требуется возврат пружиной с безопасным положением | 1,5 или выше |
Эти значения соответствуют стандартам расчета привода ISA-75.19.01.
Что касается приводов с пружинным возвратом, то сила пружины также должна вычитаться из выходной мощности привода по крутящему моменту.
Семейство электрических приводов AOX имеет диапазон крутящего момента от 30 Нм до 6000 Нм в семействах поворотных, многооборотных и линейные приводы.
Все они сертифицированы CE, ATEX, UDEM и EAC. IP67 — стандартный класс защиты. Стандартный срок поставки — 15 дней, для срочных заказов — 10-15 дней.
Часто задаваемые вопросы
В1. Что произойдет, если размер привода будет слишком мал?
Если бы размер привода был слишком мал, он бы остановился до завершения открытия или закрытия клапана.
Это могло бы привести к генерации сигналов тревоги, прерыванию процесса или частичному открытию клапана при автоматизированной работе.
Двигатель привода мог бы даже перегреться от постоянных попыток остановки.
В2. Можно ли использовать один и тот же привод для работы с водой и маслом?
Сам привод часто может быть одним и тем же устройством, поскольку он не контактирует с рабочей средой. Меняется требуемый крутящий момент клапана.
Работа с маслом обычно связана с более высокой вязкостью и другими условиями давления, чем работа с водой, что влияет на рабочий крутящий момент клапана.
Расчет крутящего момента привода должен отражать фактические условия эксплуатации для каждого применения отдельно.
В3. Как узнать, когда нужен привод большего размера?
Признаками недостаточного размера привода являются медленное или неполное движение клапана, чрезмерные срабатывания тепловой перегрузки и повышенное потребление тока.
Если эти симптомы проявляются, пересчитайте расчета крутящего момента привода клапана с использованием фактических рабочих давлений. Также проверьте, не изменилось ли состояние седла или уплотнения клапана с момента первоначального ввода в эксплуатацию.
