Venttiilin toimilaitteen mitoitus: Täydellinen vaiheittainen suunnitteluopas luotettavaa toimintaa varten

Mitä venttiilitoimilaitteen mitoitus todella tarkoittaa

Oikea vastaus kysymykseen "kuinka suuri venttiilin toimilaitteen tulisi olla?" on yksinkertainen: toimilaitteen tulee tuottaa enemmän vääntömomenttia kuin venttiili pyytää iskun pahimmassa pisteessä, alhaisimmilla syöttöolosuhteilla, jonka voit taata. Jokainen hyvä mitoitusmenetelmä on vain jäsennelty tapa todistaa tämä yksi ehto. Tavallinen teollinen lähtökohta on a vääntömomentin vähimmäisturvamarginaali 25 % venttiilin valmistajan julkaiseman enimmäisvääntömomentin yläpuolella.

Liian pieneksi mitoitettu toimilaite pysähtyy ennen kuin venttiili saavuttaa päätepysäytyksen, jättää venttiilin vain osittain auki tai kiinni, vetää liikaa virtaa ja lopulta epäonnistuu ylikuumenemisen tai jatkuvan pysähtymisen vuoksi. Liian iso toimilaite voi olla aivan yhtä vahingollinen: se iskee venttiilin istukkiinsa, taivuttaa karaa, ylikuormittaa trimmaa ja vaikeuttaa tarkkaa ohjausta. Mitoitus ei siis tarkoita suurimman mahdollisen toimilaitteen valitsemista. Kyse on sen todistamisesta, että toimilaitteen käyrän alin kohta on venttiilin vääntömomenttikäyrän yläpisteen yläpuolella.

Alarivi: alimitoitus aiheuttaa toimintahäiriöitä, kun taas huolimaton ylimitoitus aiheuttaa mekaanisia vaurioita. Dokumentoitu vääntömomenttilaskenta suojaa sekä venttiiliä että toimilaitetta ja antaa projektitiimille tietueen, jonka he voivat tarkistaa prosessiolosuhteiden muuttuessa.

Vääntömomenttiarvot, jotka ohjaavat jokaista kokolaskentaa

Mitoitus alkaa vääntömomenttitiedoista venttiilin valmistajalta. Neljänneskierrosventtiiliä varten tarvitset neljä arvoa: murtomomentti, käyntivääntömomentti, päätemomentti ja suurin sulkumomentti suunnittelemallasi paine-erolla. Lineaariventtiiliä varten tarvitset vastaavat työntövoiman arvot. Ilman tätä tietolehteä toimilaitteen valinta on arvailua.

Neljänneskierrosventtiilit: tauko-, käynti- ja loppumomentti

• Katkomomentti on vääntömomentti, joka vaaditaan pyörimisen käynnistämiseen ja pallon, perhoskiekon tai tulpan irrottamiseen. Tämä on normaalisti syklin korkein arvo, erityisesti joustotiivisteisille venttiileille, joissa istukka tarttuu sulkuelimeen.
• Käynnissä oleva vääntömomentti on vääntömomentti, joka tarvitaan pitämään venttiili liikkeessä. Se koostuu pääasiassa tiivistekitkasta, laakerikitkasta ja levyyn tai palloon vaikuttavasta virtausmomentista.
• Loppuvääntömomentti näkyy täysin avoimessa tai täysin suljetussa asennossa, johtuen istuimen puristamisesta, liikepysähdyksistä ja joissakin malleissa suljinosan prosessipainekuormituksesta.

Lineaariset venttiilit: Istuimen kuormitus, tiivisteen kitka ja epätasapaino

• Istuimen kuormitus on voima, joka tarvitaan painamaan tulppa tai portti istuimeen vaaditun sulkuluokan saavuttamiseksi. Se on usein korkeampi metallitiivisteisille venttiileille kuin pehmeätiivisteisille venttiileille.
• Pakkauskitka on tiivistelaatikon läpi liukuvan varren vastus. Se nousee pakkauksen ikääntyessä ja on aina korkeampi, kun venttiili on ollut käytössä muutaman jakson.
• Hydraulinen epätasapaino on teholliseen tulppa-alueeseen vaikuttava prosessipaineen voima. Tämä termi voi hallita työntövoiman laskemista yksipaikkaisen maapalloventtiilin osalta korkeapaineen pudotuspalvelussa.

Vaiheittainen venttiilitoimilaitteen mitoitusmenettely

Käytä tätä menettelyä sekä uusissa venttiileissä että jälkiasennusprojekteissa. Se toimii pneumaattisissa, hydraulisissa ja sähköisissä toimilaitteissa, ja vain vääntömomentin syöttölaskenta vaihtelee tekniikoiden välillä.

1. Pyydä venttiilin vääntömomenttilomake. Hanki tauko-, käynti- ja loppuvääntömomenttiarvot suurimmalla paine-erolla ja enimmäislämpötilalla. Huomioi myös karan käyttömitat ja asennuslaipan koko.
2. Käytä turvakerrointa. Kerro suurin julkaistu venttiilin vääntömomentti vähintään 1,25:llä. Käytä likaisille, hankaaville tai korkean syklin palveluille arvoa 1,5 tai korkeampi.
3. Määritä vikasietoasento. Päätä, täytyykö venttiilin avautua, sulkeutua tai pysyä paikallaan tehon tai ilman katketessa. Tämä määrittää toimilaitteen tyypin ja jousitarpeen.
4. Vahvista toimitusehdot. Kirjaa ylös taattu pienin pneumaattinen paine, hydraulipainealue tai toimilaitteen sijainnissa käytettävissä oleva sähköinen syöttöjännite.
5. Valitse koetoimilaite. Vertaa toimilaiteluettelon lähtömomenttia minimisyöttöpaineella vaadittuun vääntömomenttiin turvakerroin mukaan lukien.
6. Tarkista jokainen vääntömomenttipiste. Tarkista jousipalautteisten toimilaitteiden ilman käynnistyksen, ilmapään, jousen käynnistyksen ja jousen päätteen vääntömomentit. Kaksoistoimimoottoreissa tarkasta lähtö minimisyöttöpaineella molempiin suuntiin.
7. Tarkista iskuaika ja tarvikkeet. Varmista, että toimilaite iskee venttiiliä prosessin aikarajan sisällä, että asennusliitäntä vastaa ISO 5211 -mittoja ja että asennoittimet, rajakytkimet tai solenoidiohjaukset eivät ylikuormita toimilaitteen lähtöä.

Tämä sarja näyttää yksinkertaiselta, mutta vahvistusvaiheessa suurin osa kokovirheistä säilyy. Suorita aina neljän pisteen vääntömomentin tarkistus ennen kuin hyväksyt jousipalautteisen toimilaitteen ostettavaksi.

Turvallisuustekijät: kuinka paljon vääntömomenttimarginaali on tarpeeksi

Turvatekijä on toimilaitteen mitoituksen yksinkertaisin ja väärinymmärretyin osa. Ei ole lupaa valita satunnaista suurempaa mallia. Se on tarkoituksellinen korvaus jokaisessa todellisessa asennuksessa ilmenevien epävarmuustekijöiden suhteen: vääntömomentin mittaustoleranssi, pakkauksen ikääntyminen, istuimen kuluminen, suunnittelusta poikkeava paine-ero ja likaiset prosessimateriaalit. Jokainen näistä lisää vääntömomenttia, jota venttiili todella vaatii verrattuna tuoreen venttiilin tietolehteen.

Kirjoita valittu turvakerroin teknisiin eritelmiin, jotta seuraava insinööri tai venttiilipaketin myyjä voi toistaa laskelmasi tarkasti. Marginaali, jota ei ole dokumentoitu, neuvotellaan uudelleen jokaisessa projektikokouksessa, ja seurauksena on usein tarpeettoman suuri toimilaite, joka ostetaan riidan ratkaisemiseksi.

Jousipalautuksen vikaturvallinen mitoitus: neljän pisteen tarkistus

Jousipalautteinen toimilaite tuottaa eri vääntömomentin jokaisessa asennossa, koska jousi puristuu kokoon toimilaitteen iskun aikana. Ilman vääntömomentti on suurin, kun toimilaite ensin alkaa liikkua, ja pienin, kun jousi on täysin puristettu. Jousen vääntömomentti on päinvastainen: pienin auki-asennossa, suurin kiinni-asennossa. Siksi yksi vääntömomenttinumero ei koskaan riitä vikaturvalliseen toimilaitteeseen.

Jos kyseessä on viallinen jousipalautteinen toimilaite, tarkista seuraavat neljä toimintapistettä järjestyksessä:

• Ilmakäynnistys (venttiili kiinni, ilma päällä): toimilaitteen on voitettava venttiilin murtumismomentti ilmanpaineella ja aloitettava avautuminen. Ilman käynnistysmomentin on oltava suurempi kuin katkaisumomentti.
• Ilmapää (venttiili auki, jousi puristettu): ilman vääntömomentti on alimmillaan. Sen on silti oltava suurempi kuin käyttömomentti, tai venttiili hidastuu ja pysähtyy ennen kuin se saavuttaa auki-asennon.
• Jousikäynnistys (venttiili auki, ilmattu): jousi alkaa painaa venttiiliä kiinni. Jousen käynnistysmomentin on oltava suurempi kuin käyttömomentti, tai venttiili pysähtyy liikkeen puolivälissä.
• Jousen pää (venttiili kiinni, jousi paikallaan): jousen vääntömomentti on maksimissaan. Jousen pään vääntömomentin on oltava riittävän korkea, jotta venttiili asettuu täysin paine-eroa vasten.

Yleinen vika on vain jousen pään vääntömomentin tarkistaminen. Monissa scotch-yoke-malleissa ilman vääntömomentti laskee 30–50 % avoimen ja kiinni-asennon välillä. Jos ilmapään vääntömomentti putoaa käyntivääntömomentin alapuolelle, venttiili hiipii kohti kiinni-asentoa normaalikäytössä ja asennoitin taistelee toimilaitetta vastaan ​​koko päivän.

Toiminut esimerkki: Pneumaattisen toimilaitteen mitoitus läppäventtiiliä varten

Seuraavassa laskelmassa käytetään havainnollistavia arvoja. Korvaa ne venttiilivalmistajan vääntömomenttitiedoilla ennen ostopäätöksen tekemistä.

Prosessilaitoksen on automatisoitava 6 tuuman (DN150) joustava läppäventtiili vedeneristystä varten. Venttiilin valmistaja määrittelee katkaisumomentin 200 Nm , käynnissä oleva vääntömomentti 110 Nm , ja päätevääntömomentti 90 Nm 10 baarin sulkupaine-erolla. Saatavana pneumaattinen syöttö on 5,5 bar . Venttiilin tulee sulkeutua ilman häviämisen vuoksi.

1. Vaadittu minimiteho = 200 N·m × 1,25 = 250 Nm .
2. Epäonnistunut sulkeminen tarkoittaa, että jousipalautteinen toimilaite vaaditaan ja jousen pään vääntömomentin on oltava vähintään 250 N·m.
3. Jousipalautteinen scotch-yoke-toimilaite toimittaa: ilmakäynnistys 380 N·m, ilmapää 300 N·m, jousikäynnistys 160 N·m, jousipää 275 N·m, kaikki mitattuna 5,5 baarin paineella.
4. Neljän pisteen tarkastus on yhteenveto alla olevassa taulukossa.

Tarkista nyt sama toimilaite alentuneella 4 baarin syöttöpaineella. Pneumaattinen ulostulo skaalautuu lineaarisesti paineen kanssa: ilma-alkusta tulee 380 × 4 ÷ 5,5 = 276 N·m ja ilmapäästä tulee 218 N·m. Jousiarvot eivät muutu. Avausmarginaali kutistuu 180 N·m:stä 76 N·m:iin, mutta konfiguraatio menee silti ohi. Tämä on oikea tapa käyttää paineen tarkistusta: tarkista aina vähimmäismäärä, jonka voit taata, ei laitoksen nimellispaineella.

Hydraulisen toimilaitteen mitoitus suuren vääntömomentin ja ahtaiden tilojen tehtäviin

Sähköiset ja pneumaattiset toimilaitteet saavat suurimman huomion yleisissä mitoitusoppaissa, mutta hydrauliset toimilaitteet tarjoavat parhaan tehotiheyden kolmesta tekniikasta. Koska hydraulijärjestelmä toimii tyypillisesti 70 - 210 baarilla kasviilman 3 - 8 baarin sijaan, kompakti hydraulisylinteri voi tuottaa vääntömomentin, joka vaatisi paljon suuremman pneumaattisen toimilaitteen.

Hydraulisten toimilaitteiden mitoitusvaiheet

Kahdella erolla on merkitystä, kun mittaat hydraulisen toimilaitteen. Ensinnäkin maksimiteho määräytyy varoventtiilin asetuksella, ei pumpun maksimipaineluokituksen mukaan. Toiseksi toimilaitteen vääntömomentti lasketaan männän tehollisesta pinta-alasta ja männän ylittävästä paine-erosta toimintahetkellä. Työskentele taaksepäin: valitse ensin varoventtiilin asetus, koska se määrittää vääntömomentin enimmäismäärän, mitoi sitten virtausreitti vaaditulle iskuajalle ja varmista sitten, että pumppu ja moottori voivat toimittaa virtauksen.

Komponentit, jotka täydentävät hydraulisen silmukan

Useimmat hydrauliset mitoitusongelmat ilmenevät ohjaussilmukassa. Vakioventtiili-toimilaitepaketissa a hydraulinen solenoidiventtiili vaihtaa virtaussuuntaa toimilaitteen pidentämiseksi ja sisäänvetämiseksi. A tehoyksikön säätöventtiili trimmaa virtausnopeutta niin, että iskuaika pysyy prosessirajan sisällä. A voimayksikön varoventtiili suojaa venttiilin istukkaa vääntömomenttipiikkeiltä rajoittamalla järjestelmän enimmäispainetta.

Tehoyksiköiden paineenalennusventtiilien valmistajat, tukkutehdas - Ningbo Panic Hydrauli Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd on Kiinan tehoyksikön paineventtiilien valmistaja ja OEM/ODM-tehdas, olemme erikoistuneet tukkumyyntiin ... Näytä tuote →

Tehoyksikön säätöventtiilien valmistajat, tukkutehdas - Ningbo Panic Hydr Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd on Kiinan tehoyksikön säätöventtiilien valmistaja ja OEM/ODM-tehdas, olemme erikoistuneet tukku... Näytä tuote →

Solenoidiventtiilien valmistajat, Plug-In solenoidiventtiilitehdas Ningbo Panic Hydraulic Technology Co., Ltd on kiinalainen OEM/ODM-solenoidiventtiilien valmistaja ja plug-in solenoidiventtiilitehdas, olemme erikoistuneet... Näytä tuote →

Hydraulisen toimilaitepaketin mitoitusjärjestys on suoraviivainen. Laske tarvittava vääntömomentti venttiilin tietolehdestä ja turvakerroin. Muunna vääntömomentti vaadittuun paine-eroon käyttämällä toimilaitteen tehollista aluetta ja momenttivartta. Säädä varoventtiili arvoon mukavasti tämän paineen yläpuolella, yleensä 10–20 % korkeammalle, jotta toimilaite voi kehittää täyden vääntömomentin ilman, että varoventtiili nousee. Kokoa sitten pumppu ja moottori niin, että virtaus riittää venttiiliin vaaditussa ajassa. Varmista lopuksi, että magneettiventtiilin virtauskerroin on riittävän suuri, ja anna säätöventtiilin hienosäätää iskunopeutta.

Kaikki tämä edellyttää, että ymmärrät hydraulijärjestelmän toimintaperiaate , erityisesti kuinka pumpun virtaus, venttiilin vaste ja toimilaitteen siirtymä vaikuttavat toisiinsa nopean iskun aikana. Käytännössä hydrauliset voimayksiköt ovat suhteellisen helppokäyttöisiä mekaanisiin voimayksiköihin verrattuna , minkä vuoksi hydrauliventtiilien käyttö on yleistä suurireikäisissä eristysventtiileissä, säiliötilan porteissa ja raskaissa nostolaitteessa.

Seitsemän kokovirhettä, jotka aiheuttavat kenttävirheitä

Useimmat toimilaitteen viat eivät johdu viallisesta tuotteesta. Ne johtuvat puutteellisesta laskelmasta suunnitteluvaiheessa. Nämä seitsemän virhettä näkyvät yhä uudelleen kenttäraporteissa ja käyttöönottotietueissa.

1. Mitoitus käyntivääntömomentin perusteella katkomomentin sijaan. Venttiili käynnistyy tavallisesti levosta täydessä paine-erossa, joten katkaisumomentti on arvo, joka pysäyttää alimittaisen toimilaitteen.
2. Mitoitus nimellissyöttöpaineella. Laitoksen ilman ja hydrauliikan syöttö vaihtelee. Jos toimilaitteen tehoksi on laskettu 5,5 baaria, mutta todellinen minimi on 4 baaria, turvamarginaali voi kadota kokonaan.
3. Lisätään turvallisuuskerroin kahdesti. Jos venttiilivalmistaja sisällyttää jo marginaalin julkaistuun katkaisumomenttiinsa, ylimääräinen 25 % päälle voi nostaa valinnan yhden tai kaksi kokoa liian suureksi.
4. Ylimitoitus varmuuden vuoksi. Erittäin ylimitoitettu toimilaite painaa venttiilin istukkaan, taivuttaa varsia ja tekee ohjauksesta epävakaa. Marginaali on tarkoitettu kattamaan epävarmuutta, ei vaimentamaan karkeaa operaatiota.
5. Tarkastetaan vain jousipalautteisen toimilaitteen jousipää. Ilmapään vääntömomentti scotch-yoke-mallissa voi pudota 30 % - 50 %, ja tämä alhainen kohta voi olla syynä siihen, että venttiili ei koskaan saavuta avointa rajoitinta.
6. Asennusliittymän huomioimatta jättäminen. Oikea vääntömomentin laskeminen on hyödytöntä, jos toimilaitteen laippa ei vastaa venttiilin varren käyttömittoja. Tarkista käyttöliittymä ennen tilaamista, älä käyttöönoton yhteydessä.
7. Ohita iskuajan tarkistus. Toimilaite, jolla on runsaasti vääntömomenttia, voi silti olla liian hidas hätäprosessin lukitukseen. Tarkista aina koko matka-aika pilottiventtiilin ja syöttöjohdon avulla.

Ennakkotilauksen koon tarkistuslista

Ennen kuin viimeistelet ostotilauksen, käy läpi tämä tarkistuslista venttiilin tietosivun ja toimilaitteiden luettelon ollessa edessäsi. Kielteinen vastaus mihin tahansa kohtaan tarkoittaa, että mitoitus ei ole valmis.

• Vahvista venttiilin katkeaminen, käynti ja loppumomentti suurimmalla paine-erollasi ja suurimmalla käyttölämpötilallasi.
• Käytä dokumentoitua turvakerrointa vähintään 1,25 ja ilmoita se erittelyssä.
• Määritä vikaturva-asento ja tarkista sekä jousen pään että jousen käynnistysmomentti jousipalautettaville yksiköille.
• Merkitse muistiin toimilaitteessa käytettävissä oleva taattu minimisyöttöpaine ja koko tätä arvoa käyttäen.
• Tarkista ISO 5211 -kiinnityslaipan koko ja karan käyttömitat.
• Tarkista koko iskuaika prosessin vaatimuksia vastaan, mukaan lukien solenoidi- ja linjahäviöt.
• Määritä kaikki lisävarusteet: asennoitin, rajakytkimet, solenoidiohjausventtiili, manuaalinen ohitus ja paikallinen asennon ilmaisin.
• Toista vääntömomentin tarkistus viimeisen kerran vähimmäistoimitustilassa ennen tilauksen hyväksymistä.

Jos rakennat hydraulista voimayksikköä toimilaitteen käyttämiseen, tarkista AC-hydraulisen tehoyksikön ostajan oppaamme ennen kuin sitoudut pumpun ja moottorin kokoon. Toimilaitteen vääntömomenttivaatimuksena tulee paine- ja virtausvaatimus, joka voimayksikön on toimitettava.

Usein kysytyt kysymykset: Venttiilitoimilaitteen mitoituskysymykset, joita insinöörit kysyvät eniten

Mikä on 25 %:n turvatekijän sääntö toimilaitteen mitoituksessa?

25 %:n sääntö tarkoittaa, että toimilaitteen ulostulomomentin on oltava vähintään 1,25 kertaa venttiilin suurin julkaistu katkaisumomentti. Se kattaa mittausepävarmuuden, ikääntyvän tiivistyksen ja pienet erot testatun venttiilin ja toimitetun venttiilin välillä. Käsittele sitä lattiana, älä kohteena. Nosta se arvoon 1,5 tai korkeampi, kun prosessi on likainen, hankaava tai turvallisuuskriittinen.

Miksi jousipalautteiset toimilaitteet tarvitsevat nelipisteen vääntömomentin tarkistuksen?

Koska vääntömomentti muuttuu asennon mukaan. Ilman vääntömomentti on suurin iskun alussa ja pienin, kun jousi on täysin puristettuna; jousen vääntömomentti on päinvastainen. Yksittäinen luetteloarvo ei voi kertoa, avautuuko venttiili kokonaan, sulkeutuuko se kokonaan ja pysyykö se asennossa koko iskun ajan. Vain ilma-aloitus-, ilmanpää-, jousialoitus- ja jousen loppuarvot voivat tehdä tämän.

Onko toimilaitteen ylimitoitus haitallista?

Kyllä. Noin 2 kertaa vaaditun murtomomentin ylittävä marginaali voi puristaa istuimen suunnittelualueensa ulkopuolelle, taivuttaa vartta sivulta kuormitetuissa malleissa, aiheuttaa vesivasaran nopean sulkemisen aikana ja vaikeuttaa säätösilmukan viritystä. Tavoitteena on todistettu positiivinen marginaali, ei luettelon suurin toimilaite.

Miten syöttöpaine vaikuttaa toimilaitteen ulostulomomenttiin?

Pneumaattisissa toimilaitteissa lähtömomentti skaalautuu lähes lineaarisesti syöttöpaineen kanssa. Toimilaite, joka tuottaa 380 N·m 5,5 baarilla, tuottaa vain 276 N·m 4 baarilla. Hydraulisissa toimilaitteissa vääntömomentti skaalautuu männän yli olevan paine-eron kanssa, joka on rajoitettu ylipaineventtiilin asetuksella. Kokoa aina minimipaineella, jonka järjestelmä voi kestää.

Mitä vääntömomenttitietoja minun tulee pyytää venttiilin valmistajalta?

Pyydä katkaisumomenttia, käyttömomenttia ja päätemomenttia suurimmalla paine-erolla ja maksimilämpötilalla molemmille virtaussuunnaille. Lineaarisille venttiileille pyydä istukan kuormitusta, tiivistekitkaa ja epätasapainoista aluetta. Kysy myös, sisältävätkö julkaistut arvot jo turvamarginaalin, joten et lisää toista marginaalia päälle.

Milloin minun pitäisi valita hydraulinen käyttö pneumaattisen tai sähköisen sijaan?

Valitse hydraulinen käyttö, kun vaadittu vääntömomentti on erittäin suuri, kun asennustila on tiukka, kun laitoksen ilma on epäluotettavaa tai huonosti kuivattua tai kun tarvitset tasaisen voiman, joka on riippumaton ilmansyötön vaihteluista. Hydraulijärjestelmät sopivat hyvin myös suurireikäisiin eristysventtiileihin, nosteihin ja liikkuviin laitteisiin, joissa hydraulinen voimanlähde on jo olemassa.

Lopullinen mitoitus Takeaway

Venttiilin toimilaitteen mitoitus on tarkistussilmukka, ei yksittäinen taulukkohaku. Suorita se uudelleen aina, kun venttiilin koko, paineluokka, prosessiväliaine tai syöttöpaine muuttuvat. Dokumentoi jokainen syöte – murtomomentin arvo, turvakerroin, jousen pään vääntömomentti ja vähimmäissyöttöpaine, jonka todella takaat – ja säilytä tiedosto yhdessä venttiilin tietolomakkeen kanssa.

Toimilaite, joka läpäisee kaikki neljä vääntömomenttitarkistusta minimisyötöllä, täyttää vaaditun iskuajan, sopii vakiokiinnityslaippaan ja jättää dokumentoidun marginaalin, on oikea. Siinä on koko työ – oikein tehtynä se estää minkä tahansa venttiilijärjestelmän kalleimman vikatilan: sellaisen, joka tulee näkyviin vasta, kun toimilaite on pultattu kiinni ja prosessi on käynnissä.