calcolo della coppia della valvola a farfalla Si tratta del processo di stima della forza di rotazione, o coppia, necessaria per aprire, chiudere e mantenere il disco in posizione. Questo calcolo viene utilizzato principalmente per il dimensionamento degli attuatori.
Scegliere l'attuatore sbagliato in un valvola a farfalla Ciò può comportare una spesa considerevole. Questo accade perché gli ingegneri calcolano in modo errato la coppia necessaria al disco della valvola per ruotare.
Questo articolo tratta tre tipi di coppia, sei fattori che la influenzano, la formula standard e una tabella di riferimento DN50-DN300.
Che cos'è la coppia di serraggio di una valvola a farfalla e perché è importante per la scelta dell'attuatore?
calcolo della coppia della valvola a farfalla Fornisce agli ingegneri la forza di rotazione minima necessaria per far funzionare il disco in sicurezza nelle condizioni nominali.
La coppia viene espressa in newton-metri (Nm) per il sistema metrico o in piedi-libbra (ft-lb) per il sistema imperiale.
La formula pratica comune è:
Ta = Ts + Tb + Td , dove la coppia dell'attuatore è pari alla coppia del sedile più la coppia del cuscinetto più la coppia dinamica.
Ogni attuatore pneumatico, elettrico o idraulico ha un intervallo di coppia in uscita definito. Se tale coppia scende al di sotto della coppia richiesta dalla valvola, l'attuatore si arresta a metà corsa.
Il calcolo corretto della coppia è fondamentale perché un attuatore bloccato lascia il disco parzialmente aperto. Ciò può causare perdite interne e potenziali guasti al sistema.
Anche il sovradimensionamento rappresenta un problema. Un attuatore con una potenza eccessiva può danneggiare nel tempo lo stelo, il disco o la sede in elastomero.
Normative come AWWA C504 e API 609 stabiliscono criteri di coppia minima che i produttori devono verificare prima della spedizione delle valvole.
Questi standard forniscono ai team addetti agli acquisti un punto di riferimento per confrontare le schede tecniche dei produttori con i risultati di test indipendenti.
Tre tipi di coppia di torsione a farfalla
Ci sono tre distinti coppia farfalla valori che gli ingegneri devono considerare in qualsiasi esercizio di dimensionamento degli attuatori.
Coppia di rottura (coppia di apertura)
La coppia di rottura è il valore di coppia più elevato nel ciclo operativo. Rappresenta la forza necessaria per sbloccare un disco completamente chiuso dopo che è rimasto fermo sotto pressione. In questo momento agiscono simultaneamente l'attrito statico e la pressione differenziale totale. La coppia di rottura determina il requisito minimo di potenza in uscita per gli attuatori pneumatici a ritorno a molla con chiusura di sicurezza.
Coppia di funzionamento (coppia dinamica)
La coppia di funzionamento è la forza necessaria per continuare a ruotare il disco dopo lo sgancio. In condizioni normali, è inferiore alla coppia di frenata.
Tuttavia, la coppia può presentare picchi ad angoli intermedi del disco, tipicamente tra 60 e 70 gradi. Questo picco è dovuto alle forze idrodinamiche che agiscono sul disco quando il flusso si divide attorno ad esso. I progettisti che dimensionano gli attuatori elettrici per il controllo della modulazione devono tenere conto di questo picco a metà corsa.
Coppia di chiusura/posizionamento
La coppia di serraggio è la forza necessaria per spingere completamente il disco sulla sede a fine corsa.
Per le valvole con sede morbida, l'elastomero EPDM o NBR deve essere compresso a sufficienza per garantire una tenuta a zero perdite. La classe di tenuta per le guarnizioni morbide è tipicamente Classe VI ed è verificata secondo le norme API 598 o ISO 5208.
Le valvole con sede metallica richiedono una coppia di serraggio maggiore. La loro tolleranza alle perdite è definita separatamente secondo i criteri di Classe IV.
6 fattori che influenzano la coppia della valvola a farfalla
Ci sono sei variabili che determinano il metrica di calcolo della coppia della valvola a farfalla per qualsiasi applicazione specifica.
Dimensioni della valvola (DN / Diametro del tubo)
La coppia è approssimativamente proporzionale al cubo del diametro del disco.
Ad esempio, una valvola DN200 richiede una coppia di serraggio notevolmente maggiore rispetto a una DN50 alla stessa pressione.
Questa relazione cubica è il motivo per cui le valvole di grande diametro richiedono quasi sempre ingranaggi o attuatori motorizzati.
Pressione differenziale (ΔP)
La pressione differenziale è la variabile più importante in qualsiasi calcolo di coppia.
Una maggiore variazione di pressione (ΔP) attraverso il disco chiuso aumenta sostanzialmente sia la coppia frenante che la coppia di serraggio.
Calcolare sempre la coppia alla ΔP nominale massima, non alla normale pressione di esercizio.
Materiale del sedile
Gli elastomeri EPDM e NBR creano un attrito maggiore sul sedile rispetto ai sedili rivestiti in PTFE.
Gli elastomeri invecchiati possono generare valori di coppia ben superiori a quelli riportati nelle schede tecniche delle valvole nuove.
Quando si selezionano i margini di sicurezza degli attuatori per impianti a lungo termine, è necessario tenere conto dell'invecchiamento della sede.
Tipo di mezzo e viscosità
Fanghi, fluidi viscosi e materiali fibrosi aggiungono coppia di attrito durante la rotazione del disco.
L'acqua pulita è il parametro di riferimento standard utilizzato nella maggior parte delle tabelle di coppia dei produttori.
Se il fluido di processo differisce significativamente dall'acqua, verificare i valori di coppia con il produttore.
Progettazione e eccentricità delle valvole
Centro o composizioni a farfalla concentriche Mantengono il contatto tra disco e sede per tutta la corsa di 90 gradi. Questo contatto continuo crea una coppia di funzionamento maggiore rispetto ai design eccentrici.
Le valvole a doppia e tripla eccentricità sollevano il disco dalla sede immediatamente all'apertura, riducendo la coppia di azionamento e l'usura della sede stessa.
Corpo: Acciaio al carbonio, acciaio fuso, acciaio forgiato, SS304, SS316, bronzo alluminio, ghisa duttile
Temperatura
Le basse temperature irrigidiscono gli elastomeri e possono aumentare la coppia di rottura oltre i valori riscontrati in condizioni ambientali.
Nel frattempo, le temperature elevate possono causare il rigonfiamento o il deterioramento della sede, alterando il profilo di coppia nel tempo.
Prima di definire le dimensioni finali dell'attuatore, verificare sempre l'idoneità del materiale della sede per l'intero intervallo di temperature di esercizio.
Come si utilizza la formula per il calcolo della coppia di serraggio della valvola a farfalla?
IL Formula per il calcolo della coppia della valvola a farfalla scompone la coppia totale in quattro componenti misurabili, come mostrato di seguito.
La formula a quattro componenti
Coppia totale (T) = Tt + Ts + Tp + Td
Dove:
- Tt = coppia di attrito del cuscinetto dello stelo
- Ts = coppia di attrito del sedile
- Tp = coppia indotta dalla pressione (disallineamento del disco rispetto al centro dell'albero)
- Td = coppia dinamica o idrodinamica generata da un mezzo in movimento
Formula semplificata del campo AWWA
Per le applicazioni nel settore idrico, la norma AWWA C504 offre una soluzione pratica e rapida:
T = K x D3 x ΔP
Dove:
- T = coppia in Nm
- K = coefficiente della valvola (tratto dalla scheda tecnica del produttore)
- D = diametro del disco in metri
- ΔP = pressione differenziale in bar
Il valore di K varia in base al tipo di valvola, al materiale della sede e al profilo del disco.
Utilizzare sempre il valore K pubblicato dal produttore, non una stima generica.
Fattore di sicurezza per il dimensionamento dell'attuatore
Prima di selezionare un attuatore, applicare un fattore di sicurezza da 1,25 a 1,5 rispetto alla coppia massima calcolata.
La norma AWWA C504 raccomanda questa gamma per l'utilizzo standard negli impianti idrici.
Per servizi senza uscita o valvole che si azionano raramente, aumentare il fattore di sicurezza da 1,5 a 2,0.
Questo margine più ampio comprende sedili usurati, condizioni di avviamento a freddo e picchi di coppia a metà corsa.
Unità metriche vs. unità imperiali
metrica di calcolo della coppia della valvola a farfalla genera una coppia in Nm quando D è in metri e ΔP è in Pa.
Dividere per 1.000 se ΔP è espresso in kPa.
Per i calcoli in unità imperiali, D è espresso in pollici e ΔP in psi. Il risultato è in piedi-libbra con un fattore di conversione delle unità.
Il parametro metrico (Nm) è lo standard per la documentazione AWWA, API e ISO.
Tabella delle coppie di serraggio per valvole a farfalla: valori di riferimento per DN50 a DN300
IL Tabella di coppia della valvola a farfalla Di seguito sono riportati i valori indicativi di coppia per valvole a farfalla centrifughe con sede morbida e sedi in EPDM o NBR.
Questi valori si basano sull'ipotesi di fornitura di acqua pulita nell'intervallo di pressione differenziale indicato.
Utilizzate questi valori come punto di partenza. Prima di finalizzare la selezione dell'attuatore, verificateli con le curve di coppia fornite dal produttore.
| Dimensioni della valvola | ΔP tipico | Materiale del sedile | Coppia di rottura | Coppia di funzionamento | Coppia di chiusura |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
NOTAI valori riportati in tabella sono indicativi per valvole a farfalla centrate con sede morbida nell'intervallo di delta-P indicato. Le valvole con sede metallica e quelle eccentriche avranno profili di coppia differenti. Il dimensionamento finale dell'attuatore deve essere effettuato utilizzando le curve di coppia fornite dal produttore.
Scenario applicativo reale
In questo scenario, un'impresa EPC sta specificando valvole a farfalla automatizzate per un progetto di ampliamento di un impianto di trattamento delle acque.
Il fornitore dell'attuatore necessita di schede tecniche con dati di coppia stampati per configurare gli intervalli di valori delle molle degli attuatori pneumatici.
TG Valve risolve il problema fornendo la documentazione di coppia di serraggio rilasciata dal produttore per ogni dimensione di valvola e pressione nominale.
Il risultato è una riduzione dei tempi di progettazione e degli errori di selezione degli attuatori.
Conclusione
Calcolare correttamente coppia farfalla Valori corretti significa abbinarli all'attuatore giusto. Questo aiuta a prevenire imprecisioni che potrebbero causare problemi come perdite interne e guasti al sistema.
TG Valve esegue test completi su corpo valvola e sede valvola presso il proprio stabilimento, nel rispetto delle normative AWWA C504, API 609 e API 598.
Ogni valvola esce dalla linea di produzione con una scheda documentata dei parametri di coppia, che include la coppia di rottura, la coppia di funzionamento e la coppia di chiusura.
Questa documentazione consente ai team di approvvigionamento e ai fornitori di attuatori di abbinare direttamente l'output dell'attuatore ai dati di coppia specifici della valvola.
