Dimenzioniranje aktuatora ventila: Potpuni inženjerski vodič korak po korak za pouzdan rad

Što zapravo znači dimenzioniranje aktuatora ventila

Točan odgovor na pitanje "koliki bi trebao biti moj aktuator ventila?" je jednostavan: aktuator mora isporučiti više okretnog momenta nego što ventil traži, u najgoroj točki hoda, u najnižem stanju napajanja koje možete jamčiti. Svaka dobra metoda dimenzioniranja samo je strukturirani način dokazivanja tog jednog uvjeta. Standardna industrijska polazna točka je a minimalna sigurnosna granica zakretnog momenta od 25% iznad najvećeg momenta prekida koji je objavio proizvođač ventila.

Pokretač koji je premale veličine zaustavit će se prije nego što ventil dosegne krajnji graničnik, ostaviti ventil samo djelomično otvorenim ili zatvorenim, povući prekomjernu struju i na kraju otkazati zbog pregrijavanja ili stalnog zaustavljanja. Pokretač prevelike veličine može biti jednako štetan: udara ventil u njegova sjedišta, savija osovine, prenapreže trim i otežava preciznu kontrolu. Dimenzioniranje se stoga ne odnosi na odabir najvećeg pokretača koji možete pronaći. Radi se o dokazivanju da se najniža točka krivulje aktuatora nalazi iznad visoke točke krivulje momenta ventila.

Zaključak: premalo dimenzioniranje uzrokuje neispravnost, dok nepromišljeno predimenzioniranje uzrokuje mehanička oštećenja. Dokumentirani izračun zakretnog momenta štiti i ventil i aktuator, a projektnom timu daje zapis koji mogu ponovno provjeriti kada se uvjeti procesa promijene.

Vrijednosti zakretnog momenta koje pokreću svaki izračun veličine

Dimenzioniranje počinje podacima o momentu od proizvođača ventila. Za četvrtinski zakretni ventil potrebne su vam četiri vrijednosti: prekidni moment, radni moment, krajnji moment i maksimalni moment zatvaranja pri vašem projektiranom diferencijalnom tlaku. Za linearni ventil potrebne su vam ekvivalentne vrijednosti potiska. Bez ove tablice s podacima, svaki odabir aktuatora je nagađanje.

Četvrto-okretni ventili: prekidni, radni i krajnji moment

• Prekidni moment je okretni moment potreban za početak rotacije i izbacivanje kuglice, leptir diska ili čepa. To je obično najviša vrijednost u ciklusu, posebno za ventile s elastičnim sjedištem gdje sjedište zahvaća element za zatvaranje.
• Radni moment je zakretni moment potreban da se ventil pomiče. Sastoji se uglavnom od trenja pakiranja, trenja ležaja i momenta protoka koji djeluje na disk ili kuglu.
• Krajnji moment pojavljuje se u potpuno otvorenom ili potpuno zatvorenom položaju, uzrokovano kompresijom sjedala, zaustavljanjem kretanja i u nekim izvedbama opterećenjem tlaka procesa na element za zatvaranje.

Linearni ventili: opterećenje sjedišta, trenje pakiranja i neuravnoteženost

• Opterećenje sjedala je sila potrebna da se utikač ili vrata pritisnu u sjedište kako bi se postigla potrebna klasa isključivanja. Često je veći za ventile s metalnim sjedištem nego za ventile s mekim sjedištem.
• Trenje pakiranja je otpor klizanja stabla kroz kutiju za pakiranje. Raste kako ambalaža stari i uvijek je veća nakon što je ventil bio u upotrebi nekoliko ciklusa.
• Hidraulička neuravnoteženost je sila procesnog tlaka koja djeluje na efektivnu površinu čepa. Za kuglasti ventil s jednim sjedištem u radu s padom visokog tlaka, ovaj izraz može dominirati u proračunu potiska.

Postupak dimenzioniranja aktuatora ventila korak po korak

Koristite ovaj postupak i za nove ventile i za projekte naknadne ugradnje. Radi za pneumatske, hidrauličke i električne aktuatore, pri čemu se samo izračun opskrbe okretnim momentom mijenja između tehnologija.

1. Zatražite list zakretnog momenta ventila. Dobijte vrijednosti prekidnog, radnog i završnog momenta pri maksimalnom diferencijalnom tlaku i maksimalnoj temperaturi. Također obratite pozornost na dimenzije pogona vretena i veličinu prirubnice za montažu.
2. Primijenite faktor sigurnosti. Pomnožite najveći objavljeni okretni moment ventila s najmanje 1,25. Za prljave, abrazivne ili usluge s visokim ciklusom koristite 1,5 ili više.
3. Definirajte siguran položaj. Odlučite mora li se ventil otvoriti, zatvoriti ili ostati u položaju pri nestanku struje ili zraka. Ovo određuje vrstu pokretača i zahtjeve za oprugu.
4. Potvrdite uvjete opskrbe. Zabilježite zajamčeni minimalni pneumatski tlak, raspon hidrauličkog tlaka ili napon električnog napajanja koji je dostupan na mjestu pokretača.
5. Odaberite probni pokretač. Usporedite izlazni moment iz kataloga aktuatora pri minimalnom opskrbnom tlaku s potrebnim momentom uključujući faktor sigurnosti.
6. Provjerite svaku točku zakretnog momenta. Za aktuatore s povratnom oprugom provjerite zakretni moment zračnog početka, zračnog kraja, početka opruge i kraja opruge. Za pogone s dvostrukim djelovanjem, provjerite izlaz pri minimalnom opskrbnom tlaku u oba smjera.
7. Provjerite vrijeme hoda i pribor. Potvrdite da aktuator pokreće ventil unutar vremenskog ograničenja procesa, da sučelje za montažu odgovara dimenzijama ISO 5211 i da pozicioneri, granični prekidači ili solenoidni piloti ne preopterećuju izlaz aktuatora.

Ovaj slijed izgleda jednostavno, ali korak provjere je mjesto gdje preživljava većina pogrešaka u određivanju veličine. Uvijek pokrenite provjeru zakretnog momenta u četiri točke prije nego što odobrite kupnju aktuatora s povratnom oprugom.

Sigurnosni faktori: Kolika je margina okretnog momenta dovoljna

Sigurnosni faktor je najjednostavniji i najčešće pogrešno shvaćen dio dimenzioniranja aktuatora. Nije dopušteno odabrati slučajni veći model. To je namjerno dopuštenje za nesigurnosti koje se pojavljuju u svakoj stvarnoj instalaciji: tolerancija mjerenja zakretnog momenta, starenje pakiranja, istrošenost sjedala, diferencijalni tlak izvan dizajna i prljavi procesni mediji. Svaki od njih povećava okretni moment koji ventil zapravo zahtijeva u usporedbi s listom podataka o novom ventilu.

Zapišite odabrani faktor sigurnosti u tehničku specifikaciju tako da sljedeći inženjer ili dobavljač paketa ventila može točno reproducirati vaš izračun. Marža koja nije dokumentirana ponovno će se pregovarati na svakom projektnom sastanku, a rezultat je često nepotrebno veliki pokretač kupljen za rješavanje svađe.

Sigurnosno dimenzioniranje s povratnom oprugom: Provjera u četiri točke

Pokretač s povratnom oprugom proizvodi drugačiji okretni moment u svakom položaju jer se opruga komprimira dok se pokretač pomiče. Zakretni moment zraka najveći je kada se aktuator prvi put počne pomicati, a najmanji kada je opruga potpuno stisnuta. Moment opruge je suprotan: najmanji u otvorenom položaju, najveći u zatvorenom položaju. Zbog toga jedan broj zakretnog momenta nikada nije dovoljan za pouzdani pogon.

Za aktuator s povratnom oprugom zatvorenog tipa provjerite redom ove četiri radne točke:

• Pokretanje zraka (ventil zatvoren, doveden zrak): aktuator mora tlakom zraka nadvladati prekidni moment ventila i početi se otvarati. Moment zračnog pokretanja mora biti veći od momenta prekida.
• Kraj zraka (ventil otvoren, opruga komprimirana): moment zraka je na najnižoj točki. I dalje mora biti veći od momenta rada ili će ventil usporiti i zaustaviti se prije nego što dosegne otvoreni položaj.
• Opružni start (ventil otvoren, odzračen): opruga počinje gurati ventil zatvoren. Zakretni moment opruge mora biti veći od momenta rada ili će se ventil zaustaviti usred hoda.
• Kraj opruge (ventil zatvoren, opruga namještena): moment opruge je maksimalan. Zakretni moment na kraju opruge mora biti dovoljno visok da ventil potpuno nasjedne protiv diferencijalnog tlaka.

Uobičajeni kvar je provjera samo zakretnog momenta kraja opruge. U mnogim izvedbama s jarmom, okretni moment zraka pada za 30% do 50% između otvorenog i zatvorenog položaja. Ako zakretni moment zračnog kraja padne ispod radnog momenta, ventil će puzati prema zatvorenom položaju tijekom normalnog rada, a pozicioner će se boriti s aktuatorom cijeli dan.

Radni primjer: dimenzioniranje pneumatskog aktuatora za leptir ventil

Sljedeći izračun koristi ilustrativne vrijednosti. Zamijenite ih podacima o zakretnom momentu vašeg proizvođača ventila prije donošenja odluke o kupnji.

Procesno postrojenje treba automatizirati 6-inčni (DN150) leptir ventil s elastičnim sjedištem za izolaciju vode. Proizvođač ventila navodi prekidni moment od 200 N·m , obrtni moment od 110 N·m , i krajnji moment od 90 N·m pri diferencijalnom tlaku zatvaranja od 10 bara. Dostupno pneumatsko napajanje je 5,5 bara . Ventil se ne smije zatvoriti u slučaju gubitka zraka.

1. Zahtijevani minimalni učinak = 200 N·m × 1,25 = 250 N·m .
2. Ako nije zatvoren znači da je potreban pokretač s povratnom oprugom, a krajnji moment opruge mora biti najmanje 250 N·m.
3. Kandidat za aktivator s povratnom oprugom daje: zračni start 380 N·m, zračni kraj 300 N·m, početak opruge 160 N·m, kraj opruge 275 N·m, sve izmjereno pri opskrbi od 5,5 bara.
4. Provjera u četiri točke sažeta je u tablici u nastavku.

Sada provjerite isti aktuator pri smanjenom opskrbnom tlaku od 4 bara. Pneumatski izlaz raste linearno s tlakom: zračni početak postaje 380 × 4 ÷ 5,5 = 276 N·m, a zračni kraj postaje 218 N·m. Opružne vrijednosti se ne mijenjaju. Rub otvora smanjuje se sa 180 N·m na 76 N·m, ali konfiguracija i dalje prolazi. Ovo je ispravan način korištenja provjere tlaka: uvijek provjeravajte pri minimalnoj opskrbi koju možete jamčiti, a ne pri nominalnom tlaku postrojenja.

Dimenzioniranje hidrauličkog aktuatora za zadatke s velikim zakretnim momentom i skučenim prostorom

Električni i pneumatski aktuatori dobivaju najviše pozornosti u generičkim vodičima za dimenzioniranje, ali hidraulički aktuatori nude najbolju gustoću snage od tri tehnologije. Budući da hidraulički sustav obično radi na 70 do 210 bara, umjesto 3 do 8 bara za zrak iz postrojenja, kompaktni hidraulički cilindar može proizvesti okretni moment koji bi zahtijevao puno veći pneumatski aktuator.

Koraci za dimenzioniranje hidrauličkih aktuatora

Dvije su razlike važne kada dimenzionirate hidraulički aktuator. Prvo, maksimalni učinak je postavljen postavkom sigurnosnog ventila, a ne maksimalnim nazivnim tlakom crpke. Drugo, moment pokretača izračunava se iz efektivne površine klipa i diferencijalnog tlaka preko klipa u trenutku rada. Radite unatrag: prvo odaberite postavku sigurnosnog ventila jer definira gornju granicu zakretnog momenta, zatim dimenzionirajte putanju protoka za potrebno vrijeme hoda, zatim potvrdite da pumpa i motor mogu isporučiti protok.

Komponente koje dovršavaju hidrauličku petlju

Kontrolna petlja je mjesto gdje se pojavljuje većina hidrauličkih problema s dimenzioniranjem. U standardnom paketu ventila i aktuatora, a hidraulički solenoidni ventil mijenja smjer protoka za izvlačenje i uvlačenje aktuatora. A regulacijski ventil pogonske jedinice smanjuje brzinu protoka tako da vrijeme hoda ostaje unutar granice procesa. A sigurnosni ventil pogonske jedinice štiti sjedište ventila od skokova momenta ograničavanjem maksimalnog tlaka u sustavu.

Proizvođači sigurnosnih ventila pogonskih jedinica, veleprodajna tvornica - Ningbo Panic Hydrauli Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd je kineski proizvođač sigurnosnih ventila pogonskih jedinica i OEM/ODM tvornica, specijalizirani smo za veleprodaju ... Pogledajte proizvod →

Proizvođači regulacijskih ventila jedinice napajanja, veleprodajna tvornica - Ningbo Panic Hydr Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd je kineski proizvođač regulacijskih ventila pogonskih jedinica i OEM/ODM tvornica, specijalizirani smo za cjeline... Pogledajte proizvod →

Proizvođači elektromagnetskih ventila, Tvornica priključnih elektromagnetskih ventila Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd je kineski OEM/ODM proizvođač solenoidnih ventila i tvornica priključnih elektromagnetskih ventila, specijalizirani smo... Pogledajte proizvod →

Slijed određivanja veličine paketa hidrauličkih pokretača je jednostavan. Izračunajte potrebni zakretni moment iz podatkovnog lista ventila i faktora sigurnosti. Pretvorite okretni moment u potrebnu razliku tlaka pomoću efektivne površine i kraka momenta aktuatora. Postavite sigurnosni ventil na vrijednost koja je udobno iznad tog tlaka, obično 10% do 20% višu, tako da aktuator može razviti puni moment bez podizanja sigurnosnog ventila. Zatim dimenzionirajte pumpu i motor tako da protok bude dovoljan za rad ventila unutar potrebnog vremena. Na kraju, potvrdite da elektromagnetski ventil ima dovoljno veliki koeficijent protoka i pustite regulacijski ventil da fino prilagodi brzinu hoda.

Sve ovo pretpostavlja da razumijete princip rada hidrauličkog sustava , posebno kako protok pumpe, odziv ventila i pomak aktuatora međusobno djeluju tijekom brzog hoda. U praksi, hidrauličnim pogonskim jedinicama relativno je jednostavno rukovati u usporedbi s mehaničkim pogonskim jedinicama , zbog čega je aktiviranje hidrauličkog ventila uobičajeno na velikim izolacijskim ventilima, vratima spremnika i teškoj opremi za dizanje.

Sedam pogrešaka u određivanju veličine koje uzrokuju kvarove na terenu

Većina kvarova aktuatora nije uzrokovana neispravnim proizvodom. Oni su uzrokovani nepotpunim proračunom u fazi inženjeringa. Ovih sedam pogrešaka pojavljuje se uvijek iznova u terenskim izvješćima i zapisnicima o puštanju u pogon.

1. Dimenzioniranje prema radnom momentu umjesto prekidnom momentu. Ventil se obično pokreće iz mirovanja pod punim diferencijalnim tlakom, tako da je prekidni moment vrijednost koja zaustavlja premali aktuator.
2. Dimenzioniranje pri nazivnom opskrbnom tlaku. Opskrba postrojenja zrakom i hidraulikom varira. Ako je izlaz aktuatora izračunat na 5,5 bara, ali je stvarni minimum 4 bara, sigurnosna granica može potpuno nestati.
3. Dodavanje faktora sigurnosti dvaput. Ako proizvođač ventila već uključuje marginu u svoj objavljeni prekidni moment, dodatnih 25% na vrhu može povećati izbor za jednu ili dvije veličine.
4. Predimenzioniranje radi sigurnosti. Vrlo velik aktuator udara ventil u sjedište, savija osovine i čini kontrolu nestabilnom. Margina je namijenjena pokrivanju neizvjesnosti, a ne apsorbiranju grube operacije.
5. Provjera samo kraja opruge aktuatora s povratnom oprugom. Zakretni moment na zračnom kraju u dizajnu s jarmom može pasti za 30% do 50%, a ta niska točka može biti razlog zašto ventil nikada ne dosegne svoj otvoreni graničnik.
6. Ignoriranje sučelja za montažu. Točan izračun momenta je beskoristan ako prirubnica aktuatora ne odgovara dimenzijama pogona stabla ventila. Potvrdite sučelje prije naručivanja, a ne tijekom puštanja u rad.
7. Preskakanje provjere vremena udarca. Pokretač s dosta zakretnog momenta još uvijek može biti prespor za hitnu blokadu procesa. Uvijek provjerite puno vrijeme putovanja s pilot ventilom i opskrbnim vodom uključenim.

Kontrolni popis veličina prije narudžbe

Prije nego što finalizirate narudžbenicu, prođite kroz ovaj popis za provjeru s podacima o ventilu i katalogom aktuatora ispred sebe. Negativan odgovor na bilo koju stavku znači da dimenzioniranje nije dovršeno.

• Potvrdite lom ventila, rad i krajnji moment pri vašem maksimalnom diferencijalnom tlaku i maksimalnoj radnoj temperaturi.
• Primijenite dokumentirani faktor sigurnosti od najmanje 1,25 i navedite ga u specifikaciji.
• Definirajte sigurnosni položaj i provjerite krajnji i početni moment opruge za jedinice s povratnom oprugom.
• Zabilježite zajamčeni minimalni opskrbni tlak dostupan na aktuatoru i odredite veličinu pomoću te vrijednosti.
• Provjerite ISO 5211 veličinu montažne prirubnice i dimenzije pogona vretena.
• Provjerite puno vrijeme hoda prema zahtjevima procesa, uključujući gubitke solenoida i voda.
• Navedite svu dodatnu opremu: pozicioner, granične sklopke, elektromagnetski pilot ventil, ručno upravljanje i lokalni indikator položaja.
• Ponovite provjeru zakretnog momenta posljednji put pri minimalnom opskrbnom stanju prije nego što odobrite narudžbu.

Ako gradite hidrauličku pogonsku jedinicu za pogon aktuatora, pregledajte naš vodič za kupce AC hidrauličke jedinice prije nego što se posvetite veličini pumpe i motora. Potreban okretni moment od pokretača postaje zahtjev za tlakom i protokom koje pogonska jedinica mora isporučiti.

FAQ: Pitanja o dimenzioniranju aktuatora ventila koja inženjeri najčešće postavljaju

Koje je pravilo faktora sigurnosti od 25% u dimenzioniranju aktuatora?

Pravilo od 25% znači da izlazni zakretni moment aktuatora mora biti najmanje 1,25 puta veći od najvećeg objavljenog zakretnog momenta ventila. Obuhvaća mjernu nesigurnost, starenje pakiranja i manje razlike između testiranog ventila i isporučenog ventila. Tretirajte ga kao pod, a ne kao metu. Povećajte ga na 1,5 ili više ako je proces prljav, abrazivan ili kritičan za sigurnost.

Zašto je aktuatorima s povratnom oprugom potrebna provjera momenta u četiri točke?

Budući da se izlazni zakretni moment mijenja s položajem. Zakretni moment zraka najveći je na početku hoda, a najmanji kada je opruga potpuno stisnuta; moment opruge je obrnut. Jedna kataloška vrijednost ne može vam reći hoće li se ventil potpuno otvoriti, potpuno zatvoriti i zadržati položaj tijekom cijelog hoda. To mogu učiniti samo vrijednosti početka zraka, kraja zraka, početka opruge i kraja opruge.

Je li predimenzioniranje aktuatora štetno?

Da. Marža iznad otprilike 2 puta potrebnog prekidnog momenta može komprimirati sjedalo izvan njegovog projektiranog raspona, savijati stabljiku u dizajnu sa bočnim opterećenjem, proizvesti vodeni čekić tijekom brzog zatvaranja i učiniti podešavanje kontrolne petlje vrlo teškim. Cilj je dokazana pozitivna marža, a ne najveći pokretač u katalogu.

Kako opskrbni tlak utječe na izlazni moment aktuatora?

Za pneumatske aktuatore, izlazni zakretni moment varira gotovo linearno s opskrbnim tlakom. Pokretač koji proizvodi 380 N·m pri 5,5 bara daje samo 276 N·m pri 4 bara. Za hidrauličke aktuatore, okretni moment ovisi o diferencijalnom tlaku preko klipa, koji je ograničen postavkom sigurnosnog ventila. Uvijek dimenzionirajte pri minimalnom tlaku koji sustav može podnijeti.

Koje podatke o zakretnom momentu trebam zatražiti od proizvođača ventila?

Zatražite prekidni moment, radni moment i krajnji moment pri maksimalnom diferencijalnom tlaku i maksimalnoj temperaturi, za oba smjera protoka. Za linearne ventile, zahtijevajte opterećenje sjedišta, trenje pakiranja i neuravnoteženo područje. Također pitajte uključuju li objavljene vrijednosti već sigurnosnu marginu, tako da ne dodajete drugu marginu na vrh.

Kada trebam odabrati hidrauličko aktiviranje umjesto pneumatskog ili električnog?

Odaberite hidrauličko aktiviranje kada je potreban zakretni moment vrlo visok, kada je prostor za ugradnju tijesan, kada je zrak u biljci nepouzdan ili slabo osušen ili kada vam je potrebna stalna sila neovisna o fluktuacijama dovoda zraka. Hidraulički sustavi također dobro pristaju za izolacijske ventile velikog promjera, dizalice i mobilnu opremu gdje već postoji hidraulički izvor energije.

Konačna veličina za van

Dimenzioniranje aktuatora ventila je verifikacijska petlja, a ne pretraživanje jedne tablice. Ponovno ga pokrenite kad god se promijeni veličina ventila, klasa tlaka, procesni medij ili tlak napajanja. Dokumentirajte svaki unos — vrijednost zakretnog momenta, faktor sigurnosti, zakretni moment na kraju opruge i minimalni dovodni tlak koji zapravo jamčite — i čuvajte tu datoteku zajedno s podacima o ventilu.

Ispravan je aktuator koji prolazi sve četiri provjere zakretnog momenta pri minimalnoj opskrbi, zadovoljava zahtijevano vrijeme hoda, odgovara standardnoj montažnoj prirubnici i ostavlja dokumentiranu marginu. To je cijeli posao — pravilno obavljen, sprječava najskuplji način kvara u bilo kojem sustavu ventila: onaj koji se pojavljuje tek nakon što je aktuator pričvršćen vijcima i proces je u tijeku.