Drehmomentberechnung für Absperrklappen Die Berechnung dient der Abschätzung der Rotationskraft bzw. des Drehmoments, die zum Öffnen, Schließen und Halten der Scheibe in Position erforderlich sind. Diese Berechnung wird hauptsächlich zur Dimensionierung von Aktuatoren verwendet.
Die Wahl des falschen Aktuators in einem Absperrklappe Dies kann zu erheblichen Kosten führen. Der Grund dafür ist, dass Ingenieure das Drehmoment, das zum Drehen der Ventilscheibe erforderlich ist, falsch berechnen.
Dieser Artikel behandelt drei Drehmomentarten, sechs Einflussfaktoren, die Standardformel und eine Referenztabelle für DN50-DN300.
Was ist das Drehmoment einer Absperrklappe und warum ist es für die Auswahl des Stellantriebs wichtig?
Drehmomentberechnung für Absperrklappen Gibt Ingenieuren die minimale Rotationskraft, die für einen sicheren Betrieb der Scheibe unter Nennbedingungen erforderlich ist.
Das Drehmoment wird in Newtonmetern (Nm) für metrische Systeme oder in Fuß-Pfund (ft-lb) für angloamerikanische Systeme angegeben.
Die übliche praktische Formel lautet:
Ta = Ts + Tb + Td , wobei das Aktuatordrehmoment gleich dem Sitzdrehmoment plus dem Lagerdrehmoment plus dem dynamischen Drehmoment ist.
Jeder pneumatische, elektrische oder hydraulische Aktor hat einen definierten Drehmomentbereich. Fällt dieses Drehmoment unter das vom Ventil geforderte Drehmoment, blockiert der Aktor mitten im Hub.
Die korrekte Drehmomentberechnung ist wichtig, da ein blockierter Aktuator die Scheibe teilweise offen lässt. Dies kann zu internen Leckagen und einem potenziellen Systemausfall führen.
Auch eine Überdimensionierung stellt ein Problem dar. Ein Aktor mit zu hoher Leistung kann mit der Zeit die Spindel, die Scheibe oder den Elastomersitz beschädigen.
Normen wie AWWA C504 und API 609 legen Mindestdrehmomentkriterien fest, die Hersteller vor dem Versand der Ventile überprüfen müssen.
Diese Standards bieten den Beschaffungsteams eine Grundlage, um die Datenblätter der Hersteller mit unabhängigen Testergebnissen abzugleichen.
Drei Arten von Schmetterlingsdrehmoment
Es gibt drei verschiedene Schmetterlingsdrehmoment Werte, die Ingenieure bei jeder Dimensionierung von Aktuatoren berücksichtigen müssen.
Losbrechmoment (Drehmoment zum Öffnen)
Das Auslösemoment ist der höchste Drehmomentwert im Betriebszyklus. Es ist die Kraft, die benötigt wird, um eine vollständig geschlossene Scheibe nach einer Stillstandsphase unter Druck zu entriegeln. Statische Reibung und der gesamte Differenzdruck wirken in diesem Moment gleichzeitig. Das Auslösemoment bestimmt die Mindestleistungsanforderung für pneumatische Stellantriebe mit Federrückstellung und Ausfallsicherung.
Betriebsdrehmoment (dynamisches Drehmoment)
Das Nachdrehmoment ist die Kraft, die benötigt wird, um die Scheibe nach dem Loslassen weiter zu drehen. Es ist unter normalen Bedingungen geringer als das Bremsmoment.
Das Drehmoment kann jedoch bei mittleren Scheibenwinkeln, typischerweise zwischen 60 und 70 Grad, sprunghaft ansteigen. Dieser Anstieg resultiert aus hydrodynamischen Kräften, die auf die Scheibe wirken, wenn sich die Strömung um sie herum teilt. Ingenieure, die elektrische Aktuatoren für die Regelung dimensionieren, müssen diesen Drehmomentpeak in der Mitte des Hubs berücksichtigen.
Schließ-/Anziehdrehmoment
Das Setzmoment ist die Kraft, die erforderlich ist, um die Scheibe am Ende des Hubs vollständig auf den Sitz zu drücken.
Bei Ventilen mit weicher Dichtung muss das EPDM- oder NBR-Elastomer ausreichend komprimiert werden, um eine absolut dichte Abdichtung zu gewährleisten. Die Leckageklasse für weiche Dichtungen ist typischerweise Klasse VI und wird gemäß API 598 oder ISO 5208 verifiziert.
Metallisch dichtende Ventile erfordern ein höheres Anzugsmoment. Ihre Leckagetoleranz wird gesondert nach den Kriterien der Klasse IV definiert.
6 Faktoren, die das Drehmoment der Absperrklappe beeinflussen
Es gibt sechs Variablen, die die Drehmomentberechnung für Absperrklappen (metrisch) für jede beliebige Anwendung.
Ventilgröße (DN / Rohrdurchmesser)
Das Drehmoment skaliert annähernd mit der dritten Potenz des Scheibendurchmessers.
Beispielsweise benötigt ein DN200-Ventil bei gleichem Druck ein deutlich höheres Drehmoment als ein DN50-Ventil.
Dieses kubische Verhältnis ist der Grund, warum Ventile mit großem Durchmesser fast immer Getriebeantriebe oder motorbetriebene Stellantriebe benötigen.
Differenzdruck (ΔP)
Der Differenzdruck ist die größte Einzelvariable bei jeder Drehmomentberechnung.
Ein höherer Druckunterschied (ΔP) über die geschlossene Scheibe erhöht sowohl das Bremsmoment als auch das Anziehmoment erheblich.
Das Drehmoment muss immer beim maximalen Nenndruck ΔP berechnet werden, nicht beim normalen Betriebsdruck.
Sitzmaterial
EPDM- und NBR-Elastomere erzeugen mehr Reibung im Sitz als PTFE-ausgekleidete Sitze.
Gealterte Elastomere können Drehmomentwerte erzeugen, die weit über den Angaben im Datenblatt für neue Ventile liegen.
Bei der Auswahl der Sicherheitsmargen für Aktuatoren in Langzeitinstallationen muss die Alterung der Sitze berücksichtigt werden.
Medientyp und Viskosität
Suspensionen, viskose Flüssigkeiten und faserige Medien erhöhen das Reibungsmoment während der Scheibenrotation.
Sauberes Wasser ist der Standard-Ausgangswert, der in den meisten Drehmomenttabellen der Hersteller verwendet wird.
Überprüfen Sie die Drehmomentwerte beim Hersteller, wenn sich das Prozessmedium wesentlich von Wasser unterscheidet.
Ventilkonstruktion und Exzentrizität
Zentriert oder konzentrische Absperrklappen Der Kontakt zwischen Scheibe und Sitz wird über den gesamten 90-Grad-Hub aufrechterhalten. Dieser kontinuierliche Kontakt erzeugt im Vergleich zu exzentrischen Konstruktionen ein höheres Drehmoment.
Doppel- und dreifach exzentrische Ventile heben die Scheibe beim Öffnen sofort vom Ventilsitz ab, wodurch das Drehmoment und der Verschleiß des Ventilsitzes reduziert werden.
Körper: Kohlenstoffstahl, Stahlguss, Schmiedestahl, SS304, SS316, Al-Bronze, Sphäroguss
Temperatur
Kalte Temperaturen versteifen Elastomere und können das Bremsmoment über die Werte bei Umgebungsbedingungen hinaus erhöhen.
Gleichzeitig können erhöhte Temperaturen zu einer Ausdehnung oder Beschädigung der Sitze führen, wodurch sich das Drehmomentprofil im Laufe der Zeit verändert.
Vor der endgültigen Dimensionierung des Aktuators muss stets die Eignung des Sitzmaterials für den gesamten Betriebstemperaturbereich geprüft werden.
Wie wendet man die Formel zur Berechnung des Drehmoments einer Absperrklappe an?
Der Drehmomentberechnungsformel für Absperrklappen Das Gesamtdrehmoment wird in vier messbare Komponenten unterteilt, wie unten dargestellt.
Die Vier-Komponenten-Formel
Gesamtdrehmoment (T) = Tt + Ts + Tp + Td
Wo:
- Tt = Reibungsdrehmoment des Spindellagers
- Ts = Sitzreibungsmoment
- Tp = druckinduziertes Drehmoment (Scheibenversatz von der Wellenmitte)
- Td = dynamisches oder hydrodynamisches Drehmoment aus strömenden Medien
AWWA-vereinfachte Feldformel
Für Anwendungen im Bereich der Wasserversorgung bietet AWWA C504 eine praktische Abkürzung:
T = K x D3 x ΔP
Wo:
- T = Drehmoment in Nm
- K = Ventilkoeffizient (aus dem Datenblatt des Herstellers)
- D = Scheibendurchmesser in Metern
- ΔP = Druckdifferenz in bar
Der Wert K variiert je nach Ventiltyp, Sitzmaterial und Scheibenprofil.
Verwenden Sie immer den vom Hersteller angegebenen K-Wert – nicht eine allgemeine Schätzung.
Sicherheitsfaktor für die Aktuatorauslegung
Vor der Auswahl eines Aktuators sollte ein Sicherheitsfaktor von 1,25 bis 1,5 über dem berechneten maximalen Drehmoment angewendet werden.
AWWA C504 empfiehlt diese Produktreihe für den Standardeinsatz in Wasserwerken.
Bei Sackgassenbetrieb oder Ventilen, die nur selten betätigt werden, sollte der Sicherheitsfaktor auf 1,5 bis 2,0 erhöht werden.
Diese größere Sicherheitsmarge deckt gealterte Sitze, Kaltstartbedingungen und Drehmomentspitzen im mittleren Hubbereich ab.
Metrische vs. imperiale Einheiten
Drehmomentberechnung für Absperrklappen (metrisch) Gibt das Drehmoment in Nm aus, wenn D in Metern und ΔP in Pa angegeben ist.
Teilen Sie durch 1.000, wenn ΔP in kPa eingegeben wird.
Bei Berechnungen im angloamerikanischen Maßsystem wird D in Zoll und ΔP in psi angegeben. Das Ergebnis wird in ft-lb mit einem Umrechnungsfaktor angegeben.
Metrisch (Nm) ist der Standard für AWWA-, API- und ISO-Dokumentation.
Anzugsmomenttabelle für Absperrklappen: Referenzwerte für DN50 bis DN300
Der Drehmomenttabelle für Absperrklappen Nachfolgend sind Richtwerte für das Drehmoment von weichdichtenden, zentrischen Absperrklappen mit EPDM- oder NBR-Dichtungen angegeben.
Diese Angaben basieren auf der Annahme, dass es sich um sauberes Wasser im angegebenen Differenzdruckbereich handelt.
Nutzen Sie diese Zahlen als Ausgangspunkt. Überprüfen Sie die Angaben anhand der vom Hersteller bereitgestellten Drehmomentkurven, bevor Sie die Aktuatorauswahl endgültig treffen.
| Ventilgröße | Typisches ΔP | Sitzmaterial | Bremsmoment | Drehmoment im Betrieb | Schließdrehmoment |
|---|---|---|---|---|---|
| DN50 (2″) | 0,5–1,0 bar | EPDM / NBR | 8-14 Nm | 10-16 Nm | 12-18 Nm |
| DN80 (3″) | 0,5–1,0 bar | EPDM / NBR | 18-28 Nm | 22-32 Nm | 26-36 Nm |
| DN100 (4″) | 1,0–1,6 bar | EPDM / NBR | 30-45 Nm | 38-55 Nm | 44-60 Nm |
| DN150 (6″) | 1,0–1,6 bar | EPDM / NBR | 60-90 Nm | 75-110 Nm | 88-120 Nm |
| DN200 (8″) | 1,0–1,6 bar | EPDM / NBR | 110-160 Nm | 140-200 Nm | 160-220 Nm |
| DN250 (10″) | 1,0–1,6 bar | EPDM / NBR | 180-260 Nm | 220-320 Nm | 260-360 Nm |
| DN300 (12″) | 1,0–1,6 bar | EPDM / NBR | 280-380 Nm | 340-460 Nm | 400-530 Nm |
NOTIZDie Tabellenwerte gelten für weichdichtende, zentrische Absperrklappen im angegebenen Druckdifferenzbereich. Metallisch dichtende und exzentrische Ausführungen weisen unterschiedliche Drehmomentverläufe auf. Die endgültige Dimensionierung des Stellantriebs muss anhand der vom Hersteller bereitgestellten Drehmomentkurven erfolgen.
Anwendungsszenario aus der Praxis
In diesem Szenario spezifiziert ein EPC-Auftragnehmer automatisierte Absperrklappen für ein Wasseraufbereitungserweiterungsprojekt.
Der Aktuatorhersteller benötigt gestanzte Drehmomentdatenblätter, um die Federbereiche des pneumatischen Aktuators zu konfigurieren.
TG Valve löst das Problem, indem es für jede Ventilgröße und Druckstufe eine werkseitig ausgestellte Drehmomentdokumentation bereitstellt.
Das Ergebnis sind ein reduzierter Entwicklungsaufwand und weniger Fehler bei der Aktuatorauswahl.
Abschluss
Korrekte Berechnung Schmetterlingsdrehmoment Die Auswahl der richtigen Werte bedeutet, dass der passende Aktor verwendet wird. Dies hilft, Ungenauigkeiten zu vermeiden, die zu Problemen wie internen Leckagen und Systemausfällen führen können.
TG Valve führt vollständige Gehäuse- und Sitzprüfungen durch. in seinem Werk gemäß AWWA C504, API 609 und API 598.
Jedes Ventil verlässt die Produktion mit einem dokumentierten Drehmomentparameterblatt, das das Losbrechdrehmoment, das Betriebsdrehmoment und das Schließdrehmoment umfasst.
Mithilfe dieser Dokumentation können Beschaffungsteams und Aktuatorhersteller die Aktuatorleistung direkt mit ventilspezifischen Drehmomentdaten abgleichen.
