La scelta dell'attuatore corretto inizia da un valore fondamentale: la coppia della valvola. Un attuatore quarti di giro deve generare una coppia sufficiente per aprire, azionare e chiudere la valvola nelle condizioni di lavoro effettive.

Se l'attuatore è troppo piccolo, la valvola potrebbe non muoversi. Se è molto più grande del necessario, il sistema può costare di più e sovraccaricare lo stelo della valvola e le parti di montaggio.

Per un dimensionamento dell'attuatore quarti di giro affidabile, i progettisti devono prima comprendere la curva di coppia della valvola, in particolare la coppia di distacco della valvola.

Che cos'è la coppia della valvola?

La coppia della valvola è la forza di rotazione necessaria per ruotare lo stelo della valvola.

Valvole diverse richiedono livelli di coppia diversi. Le valvole a sfera, le valvole a farfalla e le valvole a otturatore sono applicazioni comuni per attuatori quarti di giro. La loro coppia può anche cambiare durante il ciclo di apertura e chiusura.

Potrebbe essere necessario considerare diversi valori di coppia:

• Coppia di distacco: La coppia necessaria per avviare il movimento della valvola dalla sua posizione di sede.

• Coppia di esercizio: La coppia necessaria mentre la valvola è in movimento.

• Coppia di tenuta: La coppia necessaria per portare la valvola nella sua posizione finale di chiusura o apertura.

• Coppia massima dello stelo: La coppia più alta che lo stelo della valvola può sopportare in sicurezza.

L'attuatore deve fornire una coppia sufficiente per il punto di esercizio più alto richiesto, rimanendo al contempo al di sotto della coppia massima ammissibile dello stelo della valvola.

Perché è importante la coppia di distacco della valvola

La coppia di distacco della valvola è spesso uno dei valori più importanti nella scelta dell'attuatore.

Una valvola potrebbe richiedere più coppia all'inizio del movimento rispetto alla rotazione normale. Ciò può accadere a causa dell'attrito della sede, delle differenze di pressione, di lunghi periodi senza operazione o di altra resistenza meccanica.

Ad esempio, supponiamo che una valvola richieda:

• Coppia di distacco: 80 Nm

• Coppia di esercizio: 50 Nm

• Coppia di tenuta: 65 Nm

L'attuatore non può essere selezionato solo in base alla coppia di esercizio di 50 Nm. Deve avere una potenza sufficiente per superare il requisito di distacco di 80 Nm.

Questo è il motivo per cui è necessario utilizzare, ove possibile, i dati di coppia del produttore della valvola.

Come calcolare la coppia richiesta dell'attuatore

Il calcolo di base è semplice:

Coppia richiesta dell'attuatore = Coppia massima della valvola × Fattore di sicurezza

Ad esempio, se la coppia massima richiesta della valvola è 80 Nm e si utilizza un fattore di sicurezza di 1,3:

80 Nm × 1,3 = 104 Nm

L'attuatore selezionato deve quindi fornire almeno 104 Nm nelle condizioni operative effettive.

I fattori di sicurezza non sono universali. Il valore corretto dipende dal design della valvola, dalle condizioni di servizio, dalla frequenza di funzionamento e dalle raccomandazioni del produttore. Le pratiche di dimensionamento comuni utilizzano fattori come 1,2 o 1,3, ma i dati del produttore della valvola e dell'attuatore devono avere la priorità.

Dimensionamento passo dopo passo dell'attuatore quarti di giro

1. Ottenere i dati di coppia della valvola

Inizia con la tabella di coppia o i dati di prova del produttore della valvola.

Controlla la coppia richiesta per:

• Apertura iniziale

• Esercizio normale

• Chiusura finale

• Messa in sede o fuori sede

• Diverse condizioni di pressione

Non utilizzare le dimensioni della valvola da sole per stimare la coppia dell'attuatore. Due valvole con le stesse dimensioni nominali potrebbero richiedere coppie diverse.

2. Identificare la coppia più alta richiesta

Confronta tutti i punti di esercizio.

Il valore più alto richiesto dovrebbe normalmente essere il punto di partenza per il dimensionamento. Per molte valvole, questo potrebbe essere la coppia di distacco.

Ad esempio:

In questo caso, 80 Nm è la coppia di esercizio più alta.

3. Aggiungere un fattore di sicurezza adeguato

Se il fattore di sicurezza selezionato è del 30%:

80 Nm × 1,30 = 104 Nm

L'attuatore dovrebbe quindi erogare almeno 104 Nm alle condizioni operative richieste.

Tuttavia, evita di aggiungere un margine eccessivo senza controllare la coppia massima dello stelo della valvola. Un attuatore con una potenza eccessiva può danneggiare la valvola o altri componenti meccanici.

4. Controllare la coppia di uscita dell'attuatore

Successivamente, confronta il requisito calcolato con l'uscita nominale dell'attuatore.

Ad esempio:

• Requisito calcolato: 104 Nm

• Uscita dell'attuatore: 120 Nm

• Coppia massima dello stelo della valvola: 150 Nm

L'attuatore fornisce una coppia sufficiente, mentre la sua uscita rimane al di sotto della coppia massima ammissibile dello stelo della valvola.

OMKEE offre attuatori elettrici quarti di giro con diverse gamme di coppia. Ad esempio, l'OMK-10G fornisce una coppia standard di 100 Nm, mentre i modelli OMK più grandi sono disponibili per applicazioni con coppia più elevata.

5. Controllare le condizioni operative

La coppia è solo una parte della scelta dell'attuatore.

Controlla anche:

• Alimentazione

• Tempo di apertura e chiusura

• Angolo di funzionamento

• Ciclo di lavoro

• Temperatura ambiente

• Grado di protezione

• Metodo di installazione

• Segnale di controllo

• Feedback richiesto

• Requisiti per aree pericolose, se applicabile

Ad esempio, l'OMK-10G di OMKEE supporta il funzionamento a DC24V e offre angoli di rotazione regolabili, mentre altri modelli OMKEE offrono diverse opzioni di controllo e feedback.

Un semplice esempio di dimensionamento dell'attuatore

Supponiamo che una valvola a farfalla abbia una coppia di esercizio massima di 120 Nm.

Il progetto richiede un margine di sicurezza del 25%.

Il calcolo è:

120 Nm × 1,25 = 150 Nm

Pertanto, l'attuatore deve fornire almeno 150 Nm nelle condizioni operative specificate.

Prima della selezione finale, conferma anche che:

1. L'uscita dell'attuatore è sufficientemente alta.

2. L'uscita non supera la coppia massima dello stelo della valvola.

3. L'attuatore può completare il ciclo di funzionamento richiesto.

4. Il collegamento di montaggio corrisponde alla valvola.

5. I requisiti di alimentazione e controllo sono adeguati.

Questo semplice controllo può prevenire molti problemi comuni di dimensionamento.

Errori comuni nel dimensionamento dell'attuatore quarti di giro

Selezione in base solo alle dimensioni della valvola

Una valvola DN100 non richiede automaticamente una dimensione specifica dell'attuatore. La coppia della valvola dipende dal design della valvola, dalla pressione, dal tipo di sede, dal fluido e dalle condizioni operative.

Utilizzo della sola coppia di esercizio

La coppia di esercizio potrebbe essere inferiore alla coppia di distacco. Ignorare la coppia di avviamento può risultare in un attuatore che non riesce ad aprire la valvola.

Aggiunta di un margine di sicurezza eccessivo

Una coppia maggiore non è sempre migliore. Una coppia eccessiva dell'attuatore può sovraccaricare lo stelo della valvola, l'accoppiamento o la staffa di montaggio.

Ignorare le condizioni operative

La temperatura, la pressione, la corrosione, la frequenza di funzionamento e i lunghi periodi di inattività possono influenzare la resistenza della valvola.

Controllo solo della coppia nominale

Verifica sempre l'uscita effettiva dell'attuatore in base all'alimentazione e alle condizioni operative specificate. Il valore selezionato deve corrispondere all'applicazione completa, non solo a un numero di catalogo generale.

Lista di controllo finale per il dimensionamento dell'attuatore quarti di giro

Prima di ordinare un attuatore, conferma questi valori:

• Tipo e dimensioni della valvola

• Coppia di distacco della valvola

• Coppia di esercizio

• Coppia di tenuta

• Coppia massima dello stelo

• Fattore di sicurezza richiesto

• Coppia di uscita richiesta dell'attuatore

• Alimentazione

• Tempo di funzionamento

• Ciclo di lavoro

• Angolo di rotazione

• Standard di montaggio

• Requisiti di controllo e feedback

• Condizioni ambientali

Il corretto dimensionamento dell'attuatore quarti di giro inizia con dati di coppia accurati della valvola. In particolare, la coppia di distacco della valvola non deve essere trascurata. Una volta calcolata la coppia richiesta, confrontala con l'uscita disponibile dell'attuatore e conferma che l'attuatore rimanga entro la coppia ammissibile dello stelo della valvola.

Per progetti di automazione di valvole industriali, OMKEE fornisce attuatori elettrici quarti di giro per diverse esigenze di coppia, alimentazione, controllo e feedback.