Hoe u de koppelvereisten voor klepactuators kunt berekenen

Het selecteren van de juiste actuator voor een industriële klep is niet simpelweg een kwestie van het afstemmen van de actuatorgrootte op de klepgrootte. Voor kwartslagkleppen zoals kogelkranen en vlinderkleppen,koppel is een van de belangrijkste factoren die worden gebruikt om te bepalen of een actuator de klep betrouwbaar kan bedienen.

Als het koppel van de actuator te laag is, kan de klep mogelijk niet openen, sluiten of de vereiste positie bereiken. Als de actuator aanzienlijk te groot is, kan de apparatuur meer kosten dan nodig is en onnodige mechanische spanning veroorzaken.

In deze handleiding worden de belangrijkste factoren uitgelegd die bij de berekening worden gebruiktkoppelvereisten voor klepactuatoren hoe u een geschikte actuator voor een industriële klep selecteert.

1. Wat is het koppel van de klepactuator?

Koppel is de rotatiekracht die nodig is om een ​​klep van de ene positie naar de andere te draaien.

Bij kwartslagkleppen draait de actuator de klepsteel normaal gesproken ongeveer 90 graden.

Het vereiste koppel kan variëren tijdens de werkingscyclus van de klep. Een vlinderklep kan bijvoorbeeld een ander koppel nodig hebben aan het begin van het openen, tijdens de rotatie en nabij de volledig gesloten positie.

Om deze reden mag de actuatorselectie niet slechts op één koppelwaarde worden gebaseerd.

De belangrijkste factoren zijn onder meer:

• Ventieltype
• Klepgrootte
• Bedrijfsdruk
• Vloeibare eigenschappen
• Ontwerp van de stoel
• Stamwrijving
• Bedrijfstemperatuur
• Vereiste veiligheidsmarge

2. Basisberekening van het klepkoppel

Een vereenvoudigde relatie kan worden uitgedrukt als:

Vereist actuatorkoppel = klepbedieningskoppel × veiligheidsfactor

Als een klep bijvoorbeeld een bedieningskoppel van 100 Nm vereist en de geselecteerde veiligheidsfactor 1,25 is:

100 Nm × 1,25 = 125 Nm

De actuator moet daarom onder de vereiste bedrijfsomstandigheden minimaal 125 Nm leveren.

Dit is echter slechts een vereenvoudigde berekening. Voor de werkelijke afmetingen van de actuator moeten de koppelgegevens van de fabrikant en het aanbevolen bedrijfskoppel van de klepfabrikant worden gebruikt.

3. Identificeer het kleptype

De eerste stap is het identificeren van het type klep dat wordt bediend.

Verschillende klepontwerpen hebben verschillende koppelvereisten.

Kogelkranen

Kogelkranen hebben over het algemeen koppel nodig om te overwinnen:

• Wrijving van de zitting
• Stamwrijving
• Differentiële druk
• Wrijving bij het verpakken

Het ontwerp van de stoel kan een aanzienlijk effect hebben op het vereiste koppel.

Vlinderkleppen

Het koppel van de vlinderklep kan afhangen van:

• Schijfpositie
• Materiaal zitting
• Differentiële druk
• Vloeistofsnelheid
• As- en lagerwrijving

De koppelvereisten kunnen tijdens de klepslag aanzienlijk veranderen.

Plug-kleppen

Plugkleppen kunnen een relatief hoog koppel vereisen vanwege wrijving tussen de plug en het kleplichaam.

Normaal gesproken moet de fabrikant van de klep koppelgegevens verstrekken voor de keuze van de actuator.

4. Controleer de bedrijfsdruk

Verschildruk is een andere belangrijke factor.

Wanneer er druk over de klep uitoefent, kan dit de kracht die de klepbeweging weerstaat vergroten.

Bij sommige klepontwerpen kan het effect van het drukverschil op het koppel aanzienlijk zijn, vooral bij hogere drukken.

Verzamel daarom:

• Maximaal drukverschil
• Normale werkdruk
• Minimale bedrijfsdruk
• Stroomopwaartse druk
• Stroomafwaartse druk

Dimensioneer een actuator niet alleen op basis van de normale werkdruk als de klep tijdens bedrijf een hoger drukverschil kan ervaren.

5. Houd rekening met de klepzitting en pakkingwrijving

Wrijving is een van de belangrijkste factoren die bijdragen aan het bedieningskoppel van de klep.

Het materiaal en het ontwerp van de zitting kunnen de koppelvereiste aanzienlijk veranderen.

Kleppen met zachte zittingen en kleppen met metalen zittingen kunnen bijvoorbeeld verschillende werkingskenmerken hebben.

Pakkingwrijving rond de klepsteel kan ook bijdragen aan het totaal vereiste koppel.

Om deze reden kunnen twee kleppen met dezelfde maat en druk een verschillend aandrijfkoppel vereisen.

6. Bepaal het losbreek-, loop- en zitkoppel

Voor veel kwartslagkleppen is het nuttig om verschillende koppelpunten te overwegen in plaats van één getal te gebruiken.

Ontsnappingskoppel

Dit is het koppel dat nodig is om de klep vanuit de volledig gesloten of volledig open positie te bewegen.

Het losbreekkoppel kan relatief hoog zijn vanwege statische wrijving en stoelbelasting.

Draaimoment

Het draaimoment is het koppel dat nodig is terwijl de klep door zijn werkbereik beweegt.

Zitmoment

Het zittingskoppel is het koppel dat nodig is om de klep in de uiteindelijke gesloten positie te brengen en de vereiste afsluiting te bereiken.

Voor de afmetingen van de actuator moet rekening worden gehouden met de hoogste relevante koppelvereiste.

7. Voeg een passende veiligheidsfactor toe

Een veiligheidsfactor zorgt voor extra actuatorcapaciteit boven het berekende of gespecificeerde klepkoppel.

Bijvoorbeeld:

Klepkoppel = 200 Nm

Veiligheidsfactor = 25%

Vereist actuatorkoppel = 200 × 1,25 = 250 Nm

De feitelijke veiligheidsfactor mag niet zomaar willekeurig worden gekozen.

Het hangt af van:

• Ventielontwerp
• Aanbevelingen van de fabrikant
• Bedrijfsomstandigheden
• Type aandrijving
• Servicekritiek
• Beschikbare actuatorgroottes

Overmatige veiligheidsmarges kunnen resulteren in onnodige overdimensionering van de actuator, terwijl onvoldoende marges een onbetrouwbare werking van de klep kunnen veroorzaken.

8. Koppel van pneumatische versus elektrische actuator

De methode die wordt gebruikt om de capaciteit van de actuator te evalueren, is ook afhankelijk van het actuatortype.

Pneumatische aandrijving

Bij een pneumatische actuator wordt het uitgaande koppel beïnvloed door:

• Luchttoevoerdruk
• Maat actuator
• Zuiger- of membraanontwerp
• Lente configuratie
• Wrijving
• Bedrijfspositie

Voor een actuator met veerretour kan het beschikbare koppel verschillen tussen de openings- en sluitrichting.

De draaimomenttabel van de aandrijving moet daarom worden gecontroleerd bij de werkelijke luchttoevoerdruk.

Elektrische aandrijving

Voor een elektrische actuator zijn onder meer belangrijke factoren:

• Nominaal uitgangskoppel
• Startkoppel
• Draaimoment
• Zitmoment
• Bedrijfssnelheid
• Inschakelduur
• Voeding

De actuator moet gedurende de vereiste werkingscyclus voldoende koppel leveren.

9. Voorbeeld van een eenvoudige koppelberekening

Stel dat een kwartslagklep een door de fabrikant gespecificeerd maximaal bedrijfskoppel heeft van:

150 Nm

Ga ervan uit dat een maatmarge van 20% vereist is.

De berekening is:

150 Nm × 1,20 = 180 Nm

De geselecteerde actuator moet daarom minimaal voorzien180 Nmbij de relevante bedrijfstoestand.

Als de actuator pneumatisch is, moet deze waarde worden vergeleken met het werkelijke uitgangskoppel van de actuator bij de beschikbare luchtdruk.

Als de actuator elektrisch is, moeten het nominale koppel en de bedrijfskarakteristieken worden gecontroleerd aan de hand van de klepvereisten.

Dit voorbeeld is bedoeld om de berekeningswijze uit te leggen. Bij de daadwerkelijke selectie van de aandrijving moet gebruik worden gemaakt van de technische gegevens van de fabrikant van de klep en aandrijving.

10. Veel voorkomende fouten bij het dimensioneren van actuatoren

Verschillende fouten kunnen leiden tot een onjuiste actuatorselectie.

Alleen klepgrootte gebruiken

Een grotere klep vereist niet automatisch een proportioneel grotere actuator.

Het koppel is afhankelijk van het klepontwerp, de druk, de zittingconstructie en de bedrijfsomstandigheden.

Het negeren van het maximale drukverschil

Dimensionering uitsluitend gebaseerd op normale druk kan resulteren in onvoldoende actuatorcapaciteit tijdens hoge drukomstandigheden.

Slechts één koppelwaarde gebruiken

Het losbreek-, loop- en zitkoppel kunnen verschillen.

Overdimensionering van de actuator

Een te grote actuator kan de kosten verhogen en onnodige belasting op de klepsteel en mechanische componenten veroorzaken.

Luchttoevoerdruk negeren

Bij pneumatische actuatoren heeft de beschikbare luchtdruk rechtstreeks invloed op de output van de actuator.

De koppeltabel van de fabrikant niet controleren

De koppelgegevens van de fabrikant van de klep moeten worden behandeld als een belangrijke referentie voor de keuze van de aandrijving.

11. Informatie die nodig is voor actuatorselectie

Wanneer u een actuatorofferte aanvraagt, dient u zoveel mogelijk van de volgende informatie te verstrekken:

• Fabrikant van kleppen
• Ventielmodel
• Ventieltype
• Klepgrootte
• Drukklasse
• Bedrijfsdruk
• Maximaal drukverschil
• Bedrijfstemperatuur
• Vloeibaar / medium
• Vereiste afsluiting
• Gegevens over koppel van kleppen
• Fail-open of fail-close-vereiste
• Pneumatische of elektrische aandrijving
• Luchttoevoerdruk
• Voeding
• Controle signaal
• Bedrijfssnelheid

Door deze informatie te verstrekken, kan de leverancier de combinatie van actuator en klep controleren in plaats van een actuator te selecteren op basis van alleen de nominale klepgrootte.

12. Definitieve selectie

Het berekenen van het koppel van de klepactuator begint met het bepalen van het werkelijke koppel dat de klep nodig heeft onder zijn bedrijfsomstandigheden.

De basisaanpak is:

1. Identificeer het kleptype

2. Zorg ervoor dat u de koppelgegevens van de fabrikant ophaalt

3. Controleer het maximale drukverschil

4. Houd rekening met het losbreek-, loop- en zitkoppel

5. Hanteer een passende veiligheidsmarge

6. Vergelijk de vereiste met het uitgangskoppel van de actuator

7. Controleer de volledige klep- en actuatorconfiguratie

Voor industriële toepassingen moet bij de selectie van actuatoren rekening worden gehouden met de volledige bedrijfsconditie, in plaats van te vertrouwen op een eenvoudige grafiek van klepgrootte tot actuatorgrootte.

Wij kunnen leverenpneumatische en elektrische actuatorenvoor industriële regel- en proceskleppen, inclusief oplossingen vanRotork, AUMA, Limitorque, SIPOS en andere fabrikanten.

Als u niet zeker bent over de vereiste actuatorgrootte, geef dan het klepmodel, de grootte, de druk, het medium, de bedrijfsomstandigheden en de beschikbare lucht- of stroomvoorziening op. Wij kunnen u helpen bij het controleren van het vereiste koppel en de actuatorconfiguratie.