버터플라이 밸브 토크 계산 이는 디스크를 열고 닫고 제자리에 고정하는 데 필요한 회전력 또는 토크를 추정하는 과정입니다. 이 계산은 주로 액추에이터 크기 결정에 사용됩니다.
액추에이터를 잘못 선택하면 버터플라이 밸브 이는 상당한 비용으로 이어질 수 있습니다. 이러한 문제는 엔지니어들이 밸브 디스크가 회전하는 데 필요한 토크를 잘못 계산하기 때문에 발생합니다.
이 글에서는 세 가지 토크 유형, 여섯 가지 영향 요인, 표준 공식 및 DN50-DN300 참조 차트에 대해 다룹니다.
버터플라이 밸브 토크란 무엇이며, 액추에이터 선택에 왜 중요한가요?
버터플라이 밸브 토크 계산 엔지니어에게 정격 조건에서 디스크를 안전하게 작동하는 데 필요한 최소 회전력을 제공합니다.
토크는 미터법에서는 뉴턴미터(Nm)로, 영국식 단위계에서는 피트파운드(ft-lb)로 표시됩니다.
일반적으로 사용되는 실용적인 공식은 다음과 같습니다.
Ta=Ts+Tb+Td , 여기서 액추에이터 토크는 시트 토크, 베어링 토크 및 동적 토크의 합과 같습니다.
모든 공압식, 전기식 또는 유압식 액추에이터는 정해진 출력 토크 범위를 가지고 있습니다. 만약 출력 토크가 밸브에 필요한 토크보다 낮아지면 액추에이터는 작동 도중 멈춥니다.
정확한 토크 계산은 매우 중요합니다. 액추에이터가 멈추면 디스크가 부분적으로 열린 상태로 남아 내부 누출 및 시스템 고장을 유발할 수 있기 때문입니다.
과도한 크기 또한 문제가 될 수 있습니다. 출력이 너무 큰 액추에이터는 시간이 지남에 따라 스템, 디스크 또는 엘라스토머 시트를 손상시킬 수 있습니다.
AWWA C504 및 API 609와 같은 표준은 제조업체가 밸브 출하 전에 확인해야 하는 최소 토크 기준을 설정합니다.
이러한 표준은 구매팀에게 제조업체의 데이터 시트를 독립적인 테스트 결과와 대조하여 확인할 수 있는 기준을 제공합니다.
버터플라이 토크의 세 가지 유형
세 가지 분명한 유형이 있습니다. 버터플라이 토크 액추에이터 크기 산정 시 엔지니어가 반드시 고려해야 하는 값들입니다.
브레이크 토크(개방 토크)
파단 토크는 작동 주기에서 가장 높은 토크 값입니다. 이는 압력을 받아 정지해 있던 완전히 닫힌 디스크를 분리하는 데 필요한 힘입니다. 이 순간에는 정지 마찰력과 최대 차압이 동시에 작용합니다. 파단 토크는 스프링 복귀식 공압 액추에이터의 최소 출력 요구 사항을 결정합니다.
주행 토크(동적 토크)
주행 토크는 디스크가 분리된 후에도 계속 회전시키는 데 필요한 힘입니다. 이는 정상적인 조건에서의 제동 토크보다 낮습니다.
하지만 토크는 디스크 각도가 중간 정도인 60도에서 70도 사이에서 급증할 수 있습니다. 이러한 급증은 유체가 디스크 주변에서 갈라지면서 디스크에 작용하는 유체역학적 힘 때문에 발생합니다. 가변 제어를 위한 전기 액추에이터의 크기를 설계하는 엔지니어는 이러한 중간 스트로크 피크를 고려해야 합니다.
닫힘/착석 토크
시팅 토크는 스트로크 끝에서 디스크를 시트에 완전히 밀어 넣는 데 필요한 힘입니다.
소프트 시트 밸브의 경우, 누출이 전혀 없는 밀봉을 달성하려면 EPDM 또는 NBR 엘라스토머를 충분히 압축해야 합니다. 소프트 씰의 누출 등급은 일반적으로 API 598 또는 ISO 5208에 따라 검증된 Class VI입니다.
금속 시트 밸브는 더 높은 체결 토크가 필요합니다. 누출 허용치는 클래스 IV 기준에 따라 별도로 정의됩니다.
버터플라이 밸브 토크에 영향을 미치는 6가지 요소
이를 결정하는 변수는 여섯 가지입니다. 버터플라이 밸브 토크 계산 기준 어떤 특정 애플리케이션에 대해서든.
밸브 크기 (DN / 파이프 직경)
토크는 디스크 지름의 세제곱에 대략 비례합니다.
예를 들어, DN200 밸브는 동일한 압력에서 DN50 밸브보다 훨씬 더 큰 토크가 필요합니다.
이러한 세제곱 관계 때문에 대구경 밸브에는 거의 항상 기어 작동기 또는 동력 액추에이터가 필요합니다.
차압(ΔP)
차압은 모든 토크 계산에서 가장 큰 변수입니다.
닫힌 디스크 양단의 ΔP가 클수록 파단 토크와 착좌 토크가 모두 크게 증가합니다.
토크는 항상 정상 작동 압력이 아닌 최대 정격 ΔP를 기준으로 계산해야 합니다.
좌석 소재
EPDM 및 NBR 엘라스토머는 PTFE 라이닝 시트보다 더 큰 시트 마찰을 발생시킵니다.
노화된 엘라스토머는 새 밸브의 사양서에 명시된 수치보다 훨씬 높은 토크 값을 생성할 수 있습니다.
장기간 사용 가능한 설비의 액추에이터 안전 여유를 선택할 때는 좌석 노화를 고려해야 합니다.
매체의 종류 및 점도
슬러리, 점성 유체 및 섬유질 매체는 디스크 회전 중 항력 토크를 증가시킵니다.
깨끗한 물은 대부분의 제조업체 토크 차트에서 사용하는 표준 기준선입니다.
공정 유체가 물과 크게 다른 경우 제조업체에 토크 값을 확인하십시오.
밸브 설계 및 편심
중심 또는 동심형 버터플라이 밸브 90도 전체 이동 동안 디스크와 시트의 접촉을 유지합니다. 이러한 지속적인 접촉은 편심 설계에 비해 더 높은 작동 토크를 생성합니다.
이중 및 삼중 편심 밸브는 밸브가 열리는 즉시 밸브 디스크를 밸브 시트에서 들어 올려 작동 토크와 밸브 시트 마모를 줄입니다.
몸: 탄소강, 주강, 단조강, SS304, SS316, 알루미늄 청동, 연성 주철
온도
저온에서는 엘라스토머가 경화되어 파괴 토크가 주변 조건 값보다 높아질 수 있습니다.
한편, 온도가 상승하면 시트가 팽창하거나 손상되어 시간이 지남에 따라 토크 프로파일이 변할 수 있습니다.
액추에이터 크기를 최종 결정하기 전에 시트 재질이 전체 작동 온도 범위에 적합한지 항상 확인하십시오.
버터플라이 밸브 토크 계산 공식은 어떻게 사용하나요?
그만큼 버터플라이 밸브 토크 계산 공식 아래 그림과 같이 전체 토크를 측정 가능한 네 가지 구성 요소로 나눕니다.
4가지 구성 요소 공식
총 토크(T) = 티트 + 티스 + 티피 + 티드
어디:
- Tt = 스템 베어링 마찰 토크
- Ts = 시트 마찰 토크
- Tp = 압력으로 인한 토크(디스크가 샤프트 중심에서 벗어난 위치)
- Td = 유체 흐름에 의한 동적 또는 유체역학적 토크
AWWA 간소화 필드 공식
상수도 설비에 적용할 경우, AWWA C504는 실용적인 지름길을 제공합니다.
T = K x D3 x ΔP
어디:
- T = 토크(Nm)
- K = 밸브 계수 (제조사 제품 사양서 기준)
- D = 원판 지름(미터)
- ΔP = 압력차(bar)
K 값은 밸브 유형, 시트 재질 및 디스크 프로파일에 따라 달라집니다.
제조업체에서 발표한 K 값을 항상 사용하십시오. 일반적인 추정치를 사용하지 마십시오.
액추에이터 크기 선정을 위한 안전계수
액추에이터를 선택하기 전에 계산된 최대 토크에 1.25~1.5의 안전 계수를 적용하십시오.
AWWA C504는 표준 상수도 설비에 이 제품군을 권장합니다.
막다른 배관이나 작동 빈도가 낮은 밸브의 경우 안전 계수를 1.5~2.0으로 높이십시오.
이처럼 넓은 여유 범위는 노후된 시트, 냉간 시동 조건 및 중간 스트로크 토크 급증을 포함합니다.
미터법 단위와 영국식 단위
버터플라이 밸브 토크 계산 기준 D가 미터 단위이고 ΔP가 Pa 단위일 때 토크를 Nm 단위로 출력합니다.
ΔP를 kPa 단위로 입력한 경우 1,000으로 나누십시오.
미터법 계산에서 D는 인치 단위이고 ΔP는 psi 단위입니다. 결과는 단위 변환 계수를 적용하여 ft-lb 단위로 나옵니다.
미터법(Nm)은 AWWA, API 및 ISO 문서의 표준입니다.
버터플라이 밸브 토크 차트: DN50~DN300에 대한 참고값
그만큼 버터플라이 밸브 토크 차트 아래 표는 EPDM 또는 NBR 시트를 사용하는 소프트 시트형 중심 버터플라이 밸브의 토크 값을 나타냅니다.
이 수치들은 명시된 차압 범위에서 깨끗한 물을 공급하는 것을 전제로 합니다.
이 수치를 시작점으로 활용하십시오. 액추에이터 선택을 최종 확정하기 전에 제조업체에서 제공하는 토크 곡선을 통해 확인하십시오.
| 밸브 크기 | 일반적인 ΔP | 좌석 소재 | 브레이크 토크 | 작동 토크 | 닫힘 토크 |
|---|---|---|---|---|---|
| DN50(2인치) | 0.5-1.0 바 | EPDM / NBR | 8-14 Nm | 10-16 Nm | 12-18Nm |
| DN80(3인치) | 0.5-1.0 바 | EPDM / NBR | 18-28 Nm | 22-32Nm | 26-36 Nm |
| DN100(4인치) | 1.0-1.6 바 | EPDM / NBR | 30-45 Nm | 38-55 Nm | 44-60 Nm |
| DN150(6인치) | 1.0-1.6 바 | EPDM / NBR | 60-90 Nm | 75-110 Nm | 88-120 Nm |
| DN200(8인치) | 1.0-1.6 바 | EPDM / NBR | 110-160 Nm | 140-200 Nm | 160-220 Nm |
| DN250(10인치) | 1.0-1.6 바 | EPDM / NBR | 180-260 Nm | 220-320 Nm | 260-360 Nm |
| DN300(12인치) | 1.0-1.6 바 | EPDM / NBR | 280-380 Nm | 340-460 Nm | 400-530 Nm |
메모표에 제시된 값은 명시된 델타-P 범위에서 소프트 시트형, 중심형 버터플라이 밸브를 기준으로 한 참고값입니다. 금속 시트형 및 편심형 밸브는 토크 프로파일이 다릅니다. 최종 액추에이터 크기 결정 시에는 제조업체에서 제공하는 토크 곡선을 사용해야 합니다.
실제 적용 시나리오
이 시나리오에서 EPC 계약업체는 정수처리 시설 확장 프로젝트에 자동 버터플라이 밸브를 사용하도록 사양을 정하고 있습니다.
액추에이터 공급업체는 공압 액추에이터 스프링 범위 설정을 위해 토크 데이터 시트가 날인되어 있어야 합니다.
TG Valve는 각 밸브 크기 및 압력 등급에 대한 공장 발행 토크 문서를 제공하여 이 문제를 해결합니다.
그 결과 엔지니어링 시간이 단축되고 액추에이터 선택 오류가 줄어듭니다.
결론
정확하게 계산하기 버터플라이 토크 값을 정확하게 맞추는 것은 올바른 액추에이터와 연결하는 것을 의미합니다. 이는 내부 누출 및 시스템 고장과 같은 문제를 야기할 수 있는 오차를 방지하는 데 도움이 됩니다.
TG 밸브는 밸브 쉘과 밸브 시트 전체에 대한 테스트를 실시합니다. 해당 공장에서는 AWWA C504, API 609 및 API 598 표준을 준수하여 제품을 생산합니다.
모든 밸브는 파괴 토크, 작동 토크 및 체결 토크를 포함하는 문서화된 토크 매개변수 시트와 함께 생산에서 출고됩니다.
이 문서를 통해 구매팀과 액추에이터 공급업체는 액추에이터 출력을 밸브별 토크 데이터와 직접 연결할 수 있습니다.
