밸브 액츄에이터 크기 조정: 안정적인 작동을 위한 완벽한 단계별 엔지니어링 가이드

밸브 액츄에이터 크기 조정이 실제로 의미하는 것

"밸브 액츄에이터의 크기는 얼마나 커야 하나요?"에 대한 정답입니다. 간단합니다. 액추에이터는 보장할 수 있는 가장 낮은 공급 조건에서 최악의 스트로크 지점에서 밸브가 요구하는 것보다 더 많은 토크를 전달해야 합니다. 모든 좋은 크기 조정 방법은 하나의 조건을 증명하기 위한 구조화된 방법일 뿐입니다. 표준 산업 출발점은 다음과 같습니다. 최소 토크 안전 마진 25% 밸브 제조업체가 게시한 최대 브레이크 토크보다 높습니다.

크기가 너무 작은 액추에이터는 밸브가 최종 정지점에 도달하기 전에 정지하고 밸브를 부분적으로 열거나 닫은 상태로 남겨두고 과도한 전류를 끌어와 결국 과열이나 지속적인 정지로 인해 작동하지 않게 됩니다. 크기가 너무 큰 액추에이터도 손상을 입힐 수 있습니다. 밸브를 시트에 밀어넣고, 스템을 구부리고, 트림에 과도한 압력을 가해 정밀한 제어를 어렵게 만듭니다. 따라서 크기 조정은 찾을 수 있는 가장 큰 액추에이터를 선택하는 것이 아닙니다. 이는 액추에이터 곡선의 낮은 지점이 밸브 토크 곡선의 높은 지점보다 높다는 것을 증명하는 것입니다.

요점: 크기를 줄이면 작동이 실패하고, 무분별하게 크기를 늘리면 기계적 손상이 발생합니다. 문서화된 토크 계산은 밸브와 액추에이터를 모두 보호하며 프로세스 조건이 변경될 때 프로젝트 팀이 다시 확인할 수 있는 기록을 제공합니다.

모든 크기 계산을 주도하는 토크 값

크기 조정은 밸브 제조업체의 토크 데이터로 시작됩니다. 1/4 회전 밸브의 경우 브레이크 토크, 실행 토크, 종료 토크 및 설계 차압에서의 최대 차단 토크의 네 가지 값이 필요합니다. 선형 밸브의 경우 등가 추력 값이 필요합니다. 이 데이터 시트가 없으면 모든 액추에이터 선택은 추측에 불과합니다.

쿼터턴 밸브: 브레이크, 작동 및 종료 토크

• 브레이크 토크 회전을 시작하고 볼, 버터플라이 디스크 또는 플러그를 분리하는 데 필요한 토크입니다. 이는 일반적으로 사이클에서 가장 높은 값이며, 특히 시트가 폐쇄 부재를 고정하는 탄성 장착 밸브의 경우 더욱 그렇습니다.
• 실행 토크 밸브를 계속 움직이게 하는 데 필요한 토크입니다. 이는 주로 패킹 마찰, 베어링 마찰, 디스크나 볼에 작용하는 유동 토크로 구성됩니다.
• 종료 토크 시트 압축, 이동 정지 및 일부 설계에서는 폐쇄 부재에 대한 공정 압력 부하로 인해 완전 개방 또는 완전 폐쇄 위치에서 나타납니다.

선형 밸브: 시트 하중, 패킹 마찰 및 불균형

• 좌석 하중 필요한 차단 등급을 달성하기 위해 플러그나 게이트를 시트 안으로 누르는 데 필요한 힘입니다. 연성 시트 밸브보다 금속 시트 밸브의 경우 더 높은 경우가 많습니다.
• 포장마찰 포장 상자를 통해 미끄러지는 줄기의 저항입니다. 포장이 오래됨에 따라 상승하며 밸브가 몇 사이클 동안 작동된 후에는 항상 더 높아집니다.
• 유압 불균형 유효 플러그 면적에 작용하는 공정 압력의 힘입니다. 높은 압력 강하 서비스를 제공하는 단일 시트 글로브 밸브의 경우 이 용어가 추력 계산을 지배할 수 있습니다.

단계별 밸브 액츄에이터 크기 조정 절차

새 밸브와 개조 프로젝트 모두에 이 절차를 사용하십시오. 이는 공압, 유압 및 전기 액추에이터에 적용되며 기술 간에 토크 공급 계산만 변경됩니다.

1. 밸브 토크 시트를 요청하십시오. 최대 차압 및 최대 온도에서 브레이크, 실행 및 종료 토크 값을 가져옵니다. 또한 스템 드라이브 치수와 장착 플랜지 크기도 확인하십시오.
2. 안전계수를 적용합니다. 게시된 가장 높은 밸브 토크에 최소 1.25를 곱하십시오. 더럽거나 마모성이 높거나 주기가 높은 서비스의 경우 1.5 이상을 사용하십시오.
3. 안전 장치 위치를 정의합니다. 밸브가 오류 시 열림, 오류 시 닫힘 또는 전력이나 공기 손실 시 위치를 유지해야 하는지 결정합니다. 이에 따라 액추에이터 유형과 스프링 요구 사항이 결정됩니다.
4. 공급조건을 확인하세요. 보장된 최소 공압, 유압 범위 또는 액추에이터 위치에서 사용 가능한 전기 공급 전압을 기록하십시오.
5. 시험용 액츄에이터를 선택하십시오. 최소 공급 압력에서 액추에이터 카탈로그의 출력 토크와 안전 계수를 포함한 필요한 토크를 비교하십시오.
6. 모든 토크 포인트를 확인하십시오. 스프링 리턴 액추에이터의 경우 에어 스타트, 에어 엔드, 스프링 스타트 및 스프링 엔드 토크를 확인하십시오. 복동식 액추에이터의 경우 양방향에서 최소 공급 압력에서 출력을 확인하십시오.
7. 스트로크 시간과 부속품을 확인하십시오. 액추에이터가 프로세스 시간 제한 내에 밸브를 스트로크하는지, 장착 인터페이스가 ISO 5211 치수와 일치하는지, 포지셔너, 제한 스위치 또는 솔레노이드 파일럿이 액추에이터 출력에 과부하가 걸리지 않는지 확인하십시오.

이 순서는 간단해 보이지만 확인 단계에서는 대부분의 크기 조정 오류가 발생합니다. 스프링 리턴 액추에이터 구매를 승인하기 전에 항상 4점 토크 점검을 실행하십시오.

안전 요소: 토크 마진이 어느 정도이면 충분합니까?

안전계수는 액추에이터 크기 조정에서 가장 단순하면서도 가장 잘못 이해되는 부분입니다. 더 큰 모델을 무작위로 선택하는 것은 허용되지 않습니다. 이는 모든 실제 설치에서 나타나는 토크 측정 공차, 패킹 노후화, 시트 마모, 설계 외 차압, 오염된 공정 매체 등의 불확실성을 의도적으로 고려한 것입니다. 이들 각각은 새 밸브 데이터 시트와 비교하여 밸브가 실제로 요구하는 토크를 증가시킵니다.

다음 엔지니어나 밸브 패키지 공급업체가 계산을 정확하게 재현할 수 있도록 선택한 안전 계수를 기술 사양에 기록합니다. 문서화되지 않은 마진은 모든 프로젝트 회의에서 재협상되며, 그 결과 논쟁을 해결하기 위해 불필요하게 큰 액츄에이터를 구입하는 경우가 많습니다.

스프링 리턴 안전 장치 크기 조정: 4점 점검

스프링 리턴 액추에이터는 액추에이터 스트로크에 따라 스프링이 압축되기 때문에 모든 위치에서 다른 토크를 생성합니다. 공기 토크는 액추에이터가 처음 움직이기 시작할 때 가장 높고 스프링이 완전히 압축될 때 가장 낮습니다. 스프링 토크는 반대입니다. 열린 위치에서 가장 낮고 닫힌 위치에서 가장 높습니다. 그렇기 때문에 단일 토크 수치만으로는 안전 장치 액추에이터에 충분하지 않습니다.

페일클로즈 스프링 리턴 액추에이터의 경우 다음 네 가지 작동 지점을 순서대로 확인하십시오.

• 공기 시작(밸브 닫힘, 공기 적용): 액추에이터는 공기 압력으로 밸브 브레이크 토크를 극복하고 열리기 시작해야 합니다. 공기 시작 토크는 브레이크 토크보다 커야 합니다.
• 에어 엔드(밸브 열림, 스프링 압축): 공기 토크가 가장 낮은 지점에 있습니다. 이는 여전히 작동 토크보다 커야 합니다. 그렇지 않으면 밸브가 열린 위치에 도달하기 전에 속도가 느려지고 정지합니다.
• 스프링 스타트(밸브 열림, 공기 배출): 스프링이 밸브를 밀어서 닫히기 시작합니다. 스프링 스타트 토크는 작동 토크보다 높아야 합니다. 그렇지 않으면 밸브가 스트로크 중간에 정지됩니다.
• 스프링 끝(밸브 닫힘, 스프링 장착): 스프링 토크가 최대입니다. 스프링 끝 토크는 밸브가 차압에 대해 완전히 안착되도록 충분히 높아야 합니다.

일반적인 실패는 스프링 끝 토크만 확인하는 것입니다. 많은 스카치 요크 설계에서 공기 토크는 열린 위치와 닫힌 위치 사이에서 30% ~ 50% 감소합니다. 공기 끝 토크가 실행 토크 아래로 떨어지면 정상 작동 중에 밸브가 닫힌 위치를 향해 움직이고 포지셔너가 하루 종일 액추에이터와 작동합니다.

작업 예: 버터플라이 밸브용 공압식 개폐기 크기 조정

다음 계산에서는 예시 값을 사용합니다. 구매 결정을 내리기 전에 특정 밸브 제조업체의 토크 데이터로 교체하십시오.

공정 공장에서는 물 분리를 위해 6인치(DN150) 탄성 장착 버터플라이 밸브를 자동화해야 합니다. 밸브 제조업체는 브레이크 토크를 다음과 같이 지정합니다. 200N·m , 실행 토크는 110N·m , 그리고 최종 토크는 90N·m 10bar 차단 차압에서. 사용 가능한 공압 공급 장치는 다음과 같습니다. 5.5바 . 공기가 손실되면 밸브가 고장나서 닫혀야 합니다.

1. 최소 필요 출력 = 200 N·m × 1.25 = 250N·m .
2. 페일클로즈는 스프링 리턴 액추에이터가 필요하고 스프링 끝 토크가 최소 250N·m이어야 함을 의미합니다.
3. 후보 스프링 리턴 스카치 요크 액추에이터는 공기 시작 380N·m, 공기 끝 300N·m, 스프링 시작 160N·m, 스프링 끝 275N·m을 제공하며 모두 5.5bar 공급에서 측정됩니다.
4. 4가지 검증을 아래 표에 정리하였습니다.

이제 4bar의 저하된 공급 압력에서 동일한 액추에이터를 확인하십시오. 공압 출력은 압력에 따라 선형적으로 확장됩니다. 공기 시작은 380 × 4 ¼ 5.5 = 276 N·m이 되고 공기 끝은 218 N·m이 됩니다. 스프링 값은 변경되지 않습니다. 오프닝 마진은 180N·m에서 76N·m으로 줄어들지만 구성은 여전히 ​​통과됩니다. 이것이 압력 점검을 사용하는 올바른 방법입니다. 항상 공칭 플랜트 압력이 아닌 보장할 수 있는 최소 공급량에서 검증하십시오.

높은 토크 및 좁은 공간 작업을 위한 유압 액추에이터 크기

전기 및 공압식 액추에이터는 일반적인 크기 조정 가이드에서 가장 많은 관심을 받지만 유압식 액추에이터는 세 가지 기술 중 최고의 출력 밀도를 제공합니다. 유압 시스템은 일반적으로 플랜트 공기의 경우 3~8bar가 아닌 70~210bar에서 작동하므로 소형 유압 실린더는 훨씬 더 큰 공압 액추에이터가 필요한 토크를 생성할 수 있습니다.

유압 액추에이터의 크기 조정 단계

유압 액추에이터의 크기를 정할 때 두 가지 차이점이 중요합니다. 첫째, 최대 출력은 펌프의 최대 압력 등급이 아닌 릴리프 밸브 설정에 따라 설정됩니다. 둘째, 유효 피스톤 면적과 작동 순간 피스톤 양단의 차압으로부터 액츄에이터 토크를 계산합니다. 거꾸로 작업: 토크 한도를 정의하는 릴리프 밸브 설정을 먼저 선택한 다음 필요한 스트로크 시간에 맞게 흐름 경로의 크기를 조정하고 펌프와 모터가 흐름을 전달할 수 있는지 확인합니다.

유압 루프를 완성하는 구성 요소

제어 루프는 대부분의 유압 크기 조정 문제가 나타나는 곳입니다. 표준 밸브-액추에이터 패키지에는 유압 솔레노이드 밸브 액츄에이터를 확장 및 축소하기 위해 흐름 방향을 전환합니다. 에이 동력 장치 조절 밸브 스트로크 시간이 프로세스 한계 내에 유지되도록 유량을 줄입니다. 에이 동력 장치 릴리프 밸브 최대 시스템 압력을 제한하여 토크 스파이크로부터 밸브 시트를 보호합니다.

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유압 액추에이터 패키지의 크기 조정 순서는 간단합니다. 밸브 데이터 시트와 안전계수에서 필요한 토크를 계산합니다. 액추에이터의 유효 면적과 모멘트 암을 사용하여 토크를 필요한 압력차로 변환합니다. 릴리프 밸브를 해당 압력보다 편안하게 높은 값(보통 10% ~ 20% 더 높은 값)으로 설정하면 릴리프 밸브가 들리지 않고도 액츄에이터가 전체 토크를 개발할 수 있습니다. 그런 다음 필요한 시간 내에 밸브를 스트로크하기에 충분한 유량이 되도록 펌프와 모터의 크기를 조정하십시오. 마지막으로 솔레노이드 밸브의 유량 계수가 충분히 큰지 확인하고 조절 밸브가 스트로크 속도를 미세 조정하도록 합니다.

이 모든 것은 당신이 이해한다고 가정합니다. 유압 시스템의 작동 원리 , 특히 빠른 스트로크 동안 펌프 흐름, 밸브 응답 및 액추에이터 변위가 어떻게 상호 작용하는지. 실제로, 유압 동력 장치는 기계식 동력 장치에 비해 상대적으로 작동하기 쉽습니다. , 이것이 대구경 격리 밸브, 탱크 팜 게이트 및 무거운 리프팅 장비에서 유압 밸브 작동이 일반적인 이유입니다.

현장 오류를 일으키는 7가지 크기 조정 실수

대부분의 액추에이터 고장은 제품 결함으로 인해 발생하지 않습니다. 이는 엔지니어링 단계에서 불완전한 계산으로 인해 발생합니다. 이러한 7가지 실수는 현장 보고서와 시운전 기록에 계속해서 나타납니다.

1. 브레이크 토크 대신 작동 토크를 기준으로 크기를 결정합니다. 밸브는 일반적으로 최대 차압 하에서 정지 상태에서 시작하므로 브레이크 토크는 소형 액추에이터를 정지시키는 값입니다.
2. 공칭 공급 압력으로 크기 조정. 공장 공기 및 유압 공급이 변동됩니다. 액추에이터 출력이 5.5bar로 계산되었지만 실제 최소값이 4bar인 경우 안전 여유가 완전히 사라질 수 있습니다.
3. 안전계수를 두 번 추가합니다. 밸브 제조업체가 이미 게시된 브레이크 토크에 여유를 포함하고 있는 경우 상단에 추가로 25%를 추가하면 한두 가지 크기를 너무 크게 선택할 수 있습니다.
4. 안전을 위해 대형화. 매우 큰 액추에이터는 밸브를 시트에 밀어넣고 스템을 휘게 하며 제어를 불안정하게 만듭니다. 마진은 불확실성을 커버하기 위한 것이지 거친 작업을 흡수하기 위한 것이 아닙니다.
5. 스프링 리턴 액추에이터의 스프링 끝만 점검합니다. 스카치 요크 설계의 공기 끝 토크는 30% ~ 50%까지 떨어질 수 있으며, 이러한 낮은 지점은 밸브가 개방 정지에 도달하지 못하는 이유가 될 수 있습니다.
6. 장착 인터페이스를 무시합니다. 액추에이터 플랜지가 밸브 스템 드라이브 치수와 일치하지 않으면 올바른 토크 계산이 쓸모가 없습니다. 시운전 중이 아닌 주문 전에 인터페이스를 확인하십시오.
7. 스트로크 시간 확인을 건너뜁니다. 토크가 충분한 액추에이터는 비상 프로세스 인터록에 비해 너무 느릴 수 있습니다. 파일럿 밸브와 공급 라인이 포함된 전체 이동 시간을 항상 확인하십시오.

사전 주문 사이즈 체크리스트

구매 주문을 완료하기 전에 밸브 데이터 시트와 액추에이터 카탈로그를 앞에 두고 이 체크리스트를 실행해 보십시오. 항목에 대한 부정적인 답변은 크기 조정이 완료되지 않았음을 의미합니다.

• 최대 차압 및 최대 작동 온도에서 밸브 파손, 작동 및 종료 토크를 확인하십시오.
• 문서화된 안전율 1.25 이상을 적용하고 이를 사양에 명시합니다.
• 안전 장치 위치를 정의하고 스프링 리턴 장치의 스프링 끝 및 스프링 시작 토크를 모두 확인합니다.
• 액추에이터에서 사용할 수 있는 보장된 최소 공급 압력과 해당 값을 사용한 크기를 기록합니다.
• ISO 5211 장착 플랜지 크기와 스템 드라이브 치수를 확인하십시오.
• 솔레노이드 및 라인 손실을 포함하여 프로세스 요구 사항에 대해 전체 스트로크 시간을 확인하십시오.
• 포지셔너, 리미트 스위치, 솔레노이드 파일럿 밸브, 수동 오버라이드 및 로컬 위치 표시기 등 모든 액세서리를 지정합니다.
• 주문을 승인하기 전에 최소 공급 조건에서 마지막으로 토크 검증을 반복하십시오.

액추에이터를 구동하기 위해 유압 동력 장치를 제작하는 경우 다음을 검토하십시오. AC 유압 동력 장치 구매자 가이드 펌프와 모터 크기를 결정하기 전에. 액추에이터의 토크 요구 사항은 동력 장치가 전달해야 하는 압력 및 흐름 요구 사항이 됩니다.

자주 묻는 질문(FAQ): 밸브 액츄에이터 크기 조정 관련 엔지니어가 가장 많이 묻는 질문

액추에이터 크기 조정 시 25% 안전계수 규칙은 무엇입니까?

25% 규칙은 액추에이터 출력 토크가 밸브의 최대 게시 브레이크 토크의 최소 1.25배여야 함을 의미합니다. 여기에는 측정 불확실성, 노후화된 패킹, 테스트된 밸브와 배송된 밸브 간의 사소한 차이가 포함됩니다. 대상이 아닌 바닥으로 취급하십시오. 프로세스가 더럽거나 마모성이 있거나 안전이 중요한 경우에는 1.5 이상으로 늘리십시오.

스프링 리턴 액추에이터에 4점 토크 검사가 필요한 이유는 무엇입니까?

토크 출력은 위치에 따라 변하기 때문입니다. 공기 토크는 스트로크 시작 시 가장 높고 스프링이 완전히 압축될 때 가장 낮습니다. 스프링 토크는 그 반대입니다. 단일 카탈로그 값으로는 밸브가 전체 스트로크에 걸쳐 완전히 열릴지, 완전히 닫힐지, 위치를 유지할지 여부를 알 수 없습니다. 공기 시작, 공기 끝, 스프링 시작 및 스프링 끝 값만 이를 수행할 수 있습니다.

액추에이터의 크기를 너무 크게 하면 유해합니까?

예. 필요한 브레이크 토크의 약 2배를 초과하는 마진은 시트를 설계 범위 이상으로 압축하고, 측면 하중 설계에서 스템을 구부리고, 빠르게 닫히는 동안 워터 해머를 발생시키고, 제어 루프 튜닝을 매우 어렵게 만들 수 있습니다. 목표는 카탈로그에서 가장 큰 액츄에이터가 아닌 입증된 포지티브 마진입니다.

공급 압력은 액추에이터 출력 토크에 어떤 영향을 줍니까?

공압식 액추에이터의 경우 출력 토크는 공급 압력에 따라 거의 선형적으로 확장됩니다. 5.5bar에서 380N·m을 생성하는 액추에이터는 4bar에서 276N·m만 전달합니다. 유압 액츄에이터의 경우 토크는 피스톤 전체의 차압에 따라 확장되며, 이는 릴리프 밸브 설정에 의해 제한됩니다. 항상 시스템이 견딜 수 있는 최소 압력으로 크기를 조정하십시오.

밸브 제조업체에 어떤 토크 데이터를 요청해야 합니까?

두 흐름 방향 모두에 대해 최대 차압 및 최대 온도에서의 브레이크 토크, 작동 토크 및 종료 토크를 구하십시오. 선형 밸브의 경우 시트 하중, 패킹 마찰 및 불균형 영역을 요청합니다. 또한 게시된 값에 이미 안전 여유가 포함되어 있는지 물어보고 위에 두 번째 여유를 추가하지 마세요.

공압식이나 전기식 대신 유압식 작동을 선택해야 하는 경우는 언제입니까?

필요한 토크가 매우 높을 때, 설치 공간이 좁을 때, 공장 공기가 불안정하거나 건조가 불량할 때, 공기 공급 변동에 관계없이 일관된 힘이 필요할 때 유압 작동을 선택하십시오. 또한 유압 시스템은 이미 유압 동력원이 존재하는 대구경 격리 밸브, 호이스트 및 이동식 장비에 매우 적합합니다.

최종 크기 조정 내용

밸브 액츄에이터 크기 조정은 단일 테이블 조회가 아닌 검증 루프입니다. 밸브 크기, 압력 ​​등급, 공정 매체 또는 공급 압력이 변경될 때마다 다시 실행하십시오. 브레이크 토크 값, 안전율, 스프링 엔드 토크, 실제로 보장하는 최소 공급 압력 등 모든 입력 사항을 문서화하고 해당 파일을 밸브 데이터 시트와 함께 보관하세요.

최소 공급량에서 네 가지 토크 검사를 모두 통과하고, 필요한 스트로크 시간을 충족하고, 표준 장착 플랜지에 맞고, 문서화된 여유를 남기는 액추에이터가 올바른 액추에이터입니다. 이것이 전체 작업입니다. 올바르게 수행하면 모든 밸브 시스템에서 가장 비용이 많이 드는 실패 모드, 즉 액추에이터를 볼트로 연결하고 프로세스가 실행된 후에만 나타나는 실패 모드를 방지할 수 있습니다.