Расчет момента затяжки дискового затвора Это процесс оценки вращательной силы или крутящего момента, необходимого для открытия, закрытия и удержания диска в нужном положении. Этот расчет в основном используется для определения размеров привода.
Выбор неправильного исполнительного механизма в дроссельный клапан Это может привести к значительным расходам. Это происходит из-за того, что инженеры неправильно рассчитывают крутящий момент, необходимый для вращения диска клапана.
В данной статье рассматриваются три типа крутящего момента, шесть влияющих факторов, стандартная формула и справочная таблица для диапазонов DN50-DN300.
Что такое крутящий момент дроссельного клапана и почему он важен при выборе привода?
Расчет момента затяжки дискового затвора Это позволяет инженерам рассчитать минимальное вращательное усилие, необходимое для безопасной работы диска в номинальных условиях.
Крутящий момент выражается в ньютон-метрах (Нм) в метрической системе или в фут-фунтах (фут-фунт) в имперской системе.
Наиболее распространенная практическая формула выглядит следующим образом:
Ta = Ts + Tb + Td , где крутящий момент привода равен крутящему моменту сиденья плюс крутящий момент подшипника плюс динамический крутящий момент.
Каждый пневматический, электрический или гидравлический привод имеет определенный диапазон выходного крутящего момента. Если этот диапазон падает ниже требуемого для клапана крутящего момента, привод останавливается в середине хода.
Правильный расчет крутящего момента имеет важное значение, поскольку заклинивший привод оставляет диск частично открытым. Это может привести к внутренней утечке и потенциальному отказу системы.
Проблема также заключается в чрезмерном увеличении размера. Привод со слишком большой выходной мощностью со временем может повредить шток, диск или эластомерное седло.
Стандарты, такие как AWWA C504 и API 609, устанавливают минимальные критерии крутящего момента, которые производители должны проверить перед отгрузкой клапанов.
Эти стандарты предоставляют группам по закупкам базовые данные для сопоставления технических характеристик, предоставленных производителями, с результатами независимых испытаний.
Три типа крутящего момента бабочки
Существует три различных крутящий момент бабочки значения, которые инженеры должны учитывать при расчете размеров любого исполнительного механизма.
Момент срыва (момент затяжки для размыкания)
Момент срыва — это максимальное значение крутящего момента в рабочем цикле. Это усилие, необходимое для того, чтобы освободить полностью закрытый диск после того, как он находился в неподвижном состоянии под давлением. В этот момент одновременно действуют статическое трение и полная разница давлений. Момент срыва определяет минимальные требования к выходной мощности для пневматических приводов с пружинным возвратом и функцией автоматического закрытия при отказе.
Рабочий крутящий момент (динамический крутящий момент)
Рабочий момент — это сила, необходимая для продолжения вращения диска после отрыва. В нормальных условиях он ниже момента торможения.
Однако крутящий момент может резко возрастать при промежуточных углах наклона диска, обычно от 60 до 70 градусов. Этот скачок возникает из-за гидродинамических сил, действующих на диск, поскольку поток разделяется вокруг него. Инженеры, рассчитывающие размеры электрических приводов для модулирующего управления, должны учитывать этот пик в середине хода.
Момент затяжки/посадки
Момент затяжки — это сила, необходимая для полного прижима диска к седлу в конце хода.
Для клапанов с мягким уплотнением необходимо достаточно сжать эластомер EPDM или NBR, чтобы обеспечить герметичность. Класс герметичности для мягких уплотнений обычно соответствует классу VI и проверяется в соответствии со стандартами API 598 или ISO 5208.
Для клапанов с металлическим седлом требуется более высокий момент затяжки. Допустимая утечка для них определяется отдельно в соответствии с критериями класса IV.
6 факторов, влияющих на крутящий момент дроссельного клапана
Существует шесть переменных, которые определяют метрика расчета момента затяжки дроссельной заслонки для любого конкретного применения.
Размер клапана (DN / Диаметр трубы)
Крутящий момент приблизительно пропорционален кубу диаметра диска.
Например, для клапана DN200 требуется значительно больший крутящий момент, чем для клапана DN50 при том же давлении.
Именно из-за этой кубической зависимости клапаны большого диаметра почти всегда требуют использования редукторных приводов или приводов с электроприводом.
Дифференциальное давление (ΔP)
Перепад давления является наиболее значимым фактором в любом расчете крутящего момента.
Более высокое значение ΔP на закрытом диске существенно увеличивает как момент торможения, так и момент прижима.
Крутящий момент всегда рассчитывайте при максимальном номинальном перепаде давления (ΔP), а не при нормальном рабочем давлении.
Материал сиденья
Эластомеры EPDM и NBR создают большее трение в сиденье, чем сиденья с облицовкой из PTFE.
Изношенные эластомеры могут создавать крутящий момент, значительно превышающий значения, указанные в технических характеристиках новых клапанов.
При выборе запасов прочности привода для установок с длительным сроком службы следует учитывать износ сидений.
Тип среды и вязкость
Шламы, вязкие жидкости и волокнистые материалы создают дополнительный момент сопротивления при вращении диска.
В большинстве таблиц моментов затяжки, используемых производителями, в качестве стандартного базового показателя применяется чистая вода.
Если рабочая жидкость существенно отличается от воды, необходимо уточнить значения крутящего момента у производителя.
Конструкция клапана и эксцентриситет
Центрик или концентрические поворотные затворы Обеспечивается постоянный контакт диска с седлом на протяжении всего хода в 90 градусов. Этот непрерывный контакт создает более высокий крутящий момент по сравнению с эксцентриковыми конструкциями.
Клапаны с двойным и тройным эксцентриковым механизмом мгновенно приоткрывают диск при открытии, снижая крутящий момент и износ седла.
Тело: Углеродистая сталь, литая сталь, кованая сталь, SS304, SS316, алюминиевая бронза, ковкий чугун
Температура
Низкие температуры приводят к затвердению эластомеров и могут увеличить момент разрыва сверх значений, характерных для окружающей среды.
Между тем, повышенные температуры могут вызвать разбухание или деградацию сиденья, что со временем изменит профиль крутящего момента.
Перед окончательным определением размеров привода всегда проверяйте соответствие материала сиденья всему диапазону рабочих температур.
Как использовать формулу расчета момента затяжки для дискового затвора?
The Формула расчета крутящего момента дроссельной заслонки Разбивает общий крутящий момент на четыре измеримых компонента, как показано ниже.
Формула из четырех компонентов
Суммарный крутящий момент (Т) = Tt + Ts + Tp + Td
Где:
- Tt = момент трения подшипника штока
- Ts = момент трения сиденья
- Tp = крутящий момент, создаваемый давлением (смещение диска относительно центра вала)
- Td = динамический или гидродинамический крутящий момент, создаваемый текучей средой.
Упрощенная формула поля AWWA
Для применения в водопроводных системах стандарт AWWA C504 представляет собой практичное решение:
T = K x D3 x ΔP
Где:
- T = крутящий момент в Нм
- K = коэффициент клапана (из технической документации производителя)
- D = диаметр диска в метрах
- ΔP = разница давлений в барах
Коэффициент K зависит от типа клапана, материала седла и профиля диска.
Всегда используйте опубликованное производителем значение коэффициента K, а не приблизительную оценку.
Коэффициент запаса прочности при подборе размеров привода
Перед выбором исполнительного механизма примените коэффициент запаса прочности от 1,25 до 1,5 по отношению к рассчитанному максимальному крутящему моменту.
Стандарт AWWA C504 рекомендует использовать этот ассортимент продукции для стандартных водопроводных систем.
Для тупиковых участков трубопровода или клапанов, которые редко срабатывают, увеличьте коэффициент запаса прочности до 1,5–2,0.
Этот более широкий диапазон учитывает износ сидений, условия холодного запуска и скачки крутящего момента в середине хода поршня.
Метрические и имперские единицы измерения
метрическая формула для расчета момента затяжки дискового затвора Крутящий момент измеряется в Н·м, когда D измеряется в метрах, а ΔP — в Па.
Если ΔP указано в кПа, разделите на 1000.
В имперской системе мер D измеряется в дюймах, а ΔP — в фунтах на квадратный дюйм (psi). Результат выражается в фунто-футах (ft-lb) с использованием коэффициента пересчета единиц.
Метрическая система (Нм) является стандартом для документации AWWA, API и ISO.
Таблица моментов затяжки дисковых затворов: эталонные значения для диаметров от DN50 до DN300
The таблица моментов затяжки дроссельной заслонки Ниже приведены ориентировочные значения крутящего момента для центрирующих задвижек с мягким седлом из EPDM или NBR.
Эти данные предполагают использование чистой воды в указанном диапазоне перепада давления.
Используйте эти значения в качестве отправной точки. Перед окончательным выбором актуатора сверьтесь с предоставленными производителем кривыми крутящего момента.
| Размер клапана | Типичное ΔP | Материал сиденья | Момент срыва | Рабочий крутящий момент | Момент срабатывания при закрытии |
|---|---|---|---|---|---|
| DN50 (2″) | 0,5-1,0 бар | EPDM / NBR | 8-14 Нм | 10-16 Нм | 12-18 Нм |
| DN80 (3″) | 0,5-1,0 бар | EPDM / NBR | 18-28 Нм | 22-32 Нм | 26-36 Нм |
| DN100 (4″) | 1,0-1,6 бар | EPDM / NBR | 30-45 Нм | 38-55 Нм | 44-60 Нм |
| DN150 (6″) | 1,0-1,6 бар | EPDM / NBR | 60-90 Нм | 75-110 Нм | 88-120 Нм |
| DN200 (8″) | 1,0-1,6 бар | EPDM / NBR | 110-160 Нм | 140-200 Нм | 160-220 Нм |
| DN250 (10″) | 1,0-1,6 бар | EPDM / NBR | 180-260 Нм | 220-320 Нм | 260-360 Нм |
| DN300 (12″) | 1,0-1,6 бар | EPDM / NBR | 280-380 Нм | 340-460 Нм | 400-530 Нм |
ПРИМЕЧАНИЕЗначения в таблице являются ориентировочными для центрирующих задвижек с мягким седлом в указанном диапазоне дельта-P. Конструкции с металлическим седлом и эксцентриками будут иметь разные профили крутящего момента. Окончательный подбор привода должен производиться с использованием кривых крутящего момента, предоставленных производителем.
Реальный сценарий применения
В данном случае, подрядчик, работающий по схеме «под ключ», выбирает автоматизированные поворотные затворы для проекта расширения водоочистной станции.
Производителю приводов необходимы штампованные листы с данными о крутящем моменте для настройки диапазонов пружин пневматических приводов.
Компания TG Valve решает эту проблему, предоставляя заводскую документацию по моменту затяжки для каждого типоразмера клапана и номинального давления.
В результате сокращается время проектирования и количество ошибок при выборе исполнительных механизмов.
Заключение
Правильный расчет крутящий момент бабочки Значения означают соответствие их правильному исполнительному механизму. Это помогает предотвратить неточности, которые могут привести к таким проблемам, как внутренние утечки и отказ системы.
Компания TG Valve проводит полные испытания корпуса и седла клапана. на своем заводе в соответствии со стандартами AWWA C504, API 609 и API 598.
Каждый клапан покидает производственный цех с документацией, содержащей информацию о моменте затяжки, включая момент разрыва, рабочий момент и момент затяжки.
Данная документация позволяет группам по закупкам и поставщикам приводов напрямую сопоставлять выходные параметры привода с данными о крутящем моменте, специфичными для конкретного клапана.
