ბრუნვის მომენტის გამოთვლა ელექტრო ამძრავიან სარქველებში

ელექტრო ამძრავიანი სარქველის შერჩევისას „ბრუნვის მომენტი“ ერთ-ერთი ყველაზე კრიტიკული ტექნიკური საკითხია. ბრუნვის მომენტი არის მბრუნავი ძალა, რომელსაც ამძრავს შეუძლია გამოიმუშაოს სარქვლის ლილვის დასაბრუნებლად ან სარქვლის დახურვის მიმართულებით გადასაადგილებლად. Belimo-ს პროდუქტის დოკუმენტაციაში ნათლად ჩანს, რომ მბრუნავი ამძრავები გამოდის კონკრეტული მომენტის კლასებით; მაგალითად 1 Nm, 2 Nm, 5 Nm, 10 Nm, 20 Nm, 40 Nm და 160 Nm.

ბრუნვის მომენტის გამოთვლის მიზანი არ არის იმის თქმა, რომ „რა დიამეტრისაც არის სარქველი, იმის მიხედვით დავამონტაჟოთ ამძრავი“. სწორი მიდგომაა იმის გაგება, თუ რეალურ საექსპლუატაციო პირობებში რამდენ მბრუნავ ძალას საჭიროებს სარქველი. Spirax Sarco განსაკუთრებით აღნიშნავს, რომ ამძრავის ზომის შერჩევა უნდა დაეფუძნოს მწარმოებლის ტექნიკურ მონაცემთა ფურცლებში მითითებულ მაქსიმალურ დიფერენციალურ წნევას და სარქველი/ამძრავი კომბინაციის მონაცემებს.

რა არის ბრუნვის მომენტი?

ბრუნვის მომენტი არის მომენტი, რომელიც საჭიროა ლილვის გარშემო მბრუნავი მოძრაობის შესაქმნელად. ელექტრო ამძრავიან სარქველებში ეს მომენტი საჭიროა სარქვლის შიდა მექანიზმის დახურული მდგომარეობიდან ღია მდგომარეობაში, ღიადან დახურულში ან შუალედურ პოზიციებში გადასაყვანად. Siemens-ის ამძრავების ძირითად დოკუმენტაციაში ნათლად არის მითითებული, რომ სარქვლის შერჩევისას და ამძრავის შეცვლისას გასათვალისწინებელია „positioning force“ და „torque“ მნიშვნელობები.

პრაქტიკაში ეს ნიშნავს: თუ ამძრავის მიერ გამომუშავებული მომენტი ნაკლებია სარქვლის მიერ მოთხოვნილ მომენტზე, სარქველი ან საერთოდ არ იღება, ან სრულად არ იხურება, ან ძალდატანებით მუშაობს. ხანგრძლივ პერსპექტივაში ეს ამცირებს ამძრავის მომსახურების ვადას, აზიანებს სარქვლის ჰერმეტულობას და იწვევს სისტემის გაუმართაობას. Belimo პეპლის სარქვლის (butterfly valve) გამოყენებისას ნათლად აღნიშნავს, რომ ამძრავი უნდა იყოს საკმარისად ძლიერი, რომ სარქველი უსაფრთხოდ გადაიყვანოს დახურულიდან სრულად ღიაში.

რატომ არის ბრუნვის მომენტის გამოთვლა ასე მნიშვნელოვანი?

თუ ბრუნვის მომენტი არასწორად გამოითვლება, ველზე ჩნდება ძალიან ტიპური პრობლემები: სარქველი ნახევრად ჩერდება, დახურვისას ჟონავს, ვერ მოძრაობს მაღალი დიფერენციალური წნევის პირობებში, უჭირს ხშირი გახსნა-დახურვის ციკლებში ან ამძრავი გადატვირთულია. Siemens მოტორიზებული სარქვლის მონაცემებში „close-off pressure“-ს — ანუ მაქსიმალურ დიფერენციალურ წნევას, რომლის წინააღმდეგაც სარქველს შეუძლია უსაფრთხოდ დაიხუროს — ცალკე შერჩევის კრიტერიუმად უთითებს.

განსაკუთრებით პეპლის სარქველებში საკითხი კიდევ უფრო კრიტიკული ხდება. Belimo-ს ტექნიკური სახელმძღვანელოს მიხედვით, როდესაც პეპლის სარქველი ნაწილობრივ ღიაა, დისკზე მოქმედებს დინების დინამიკური ძალები, რომლებიც ქმნიან მომენტს გახსნის მიმართულებით; აღნიშნულია, რომ ეს ეფექტი პიკს აღწევს 60°-სა და 85°-ს შორის. იმავე წყაროში აღნიშნულია, რომ ელასტიური ბუდის (resilient seat) მქონე სარქველებში დახურვასთან ახლოს საჭირო მომენტი შეიძლება უფრო მაღალი იყოს.

ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ ბრუნვის მომენტს ელექტრო ამძრავიან სარქველებში

ბრუნვის მომენტის გამოთვლა არ არის დამოკიდებული მხოლოდ ერთ ცვლადზე. მინიმუმ შემდეგი ფაქტორები უნდა შეფასდეს ერთად:

1. სარქვლის ტიპი

ბურთულოვანი სარქველი, პეპლის სარქველი, მბრუნავი სარქველი და წრფივი მარეგულირებელი სარქველი არ ხასიათდებიან ერთი და იმავე მომენტის ქცევით. განსაკუთრებით პეპლის სარქველებში დისკის გეომეტრია, ბუდის კონსტრუქცია და კუთხური პოზიცია მნიშვნელოვნად მოქმედებს მომენტის მოთხოვნაზე. Belimo აღნიშნავს, რომ მაღალი წარმადობის პეპლის სარქვლის დიზაინებში „double offset“ კონსტრუქცია ამცირებს ბუდის ცვეთას და ამცირებს საჭირო მომენტს.

2. სარქვლის დიამეტრი

დიამეტრის ზრდასთან ერთად ჩვეულებრივ იზრდება ამძრავის მომენტის მოთხოვნაც. ის, რომ Siemens თავის პეპლის სარქვლის შეკვეთისა და კომბინაციის დოკუმენტებში ერთი და იმავე სარქვლის ოჯახის ფარგლებში სთავაზობს ამძრავის ვარიანტებს სხვადასხვა მომენტის კლასით, სწორედ ამის უშუალო ასახვაა პრაქტიკაში.

3. დიფერენციალური წნევა

ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი დატვირთვა, რომელიც ამძრავმა უნდა გადალახოს, არის წნევის სხვაობა სარქველზე. Siemens-ისა და Spirax Sarco-ს წყაროებში აღნიშნულია, რომ მაქსიმალური დიფერენციალური წნევა, რომლის წინააღმდეგაც მოტორიზებული სარქველი უსაფრთხოდ იხურება, უნდა მიეთითოს ცალკე ტექნიკურ მაჩვენებლად. ანუ ერთი და იგივე სარქველი დაბალ წნევაზე ადვილად მოძრაობს, მაღალ წნევაზე კი გაცილებით მეტ მომენტს შეიძლება მოითხოვდეს.

4. ბუდისა და შიდა მექანიზმის კონსტრუქცია

Belimo-ს პეპლის სარქვლის სახელმძღვანელო აღნიშნავს, რომ ელასტიური ბუდის (resilient seat) მქონე სარქველებში დახურვასთან ახლოს საჭიროა უფრო მაღალი მომენტი, ხოლო „undercut disc“ დიზაინებს შეუძლიათ შეამცირონ დახურვის (close-off) მომენტი. ამიტომ ერთი და იმავე დიამეტრის ორ პეპლის სარქველსაც კი შეიძლება განსხვავებული მომენტი დასჭირდეს ბუდის განსხვავებული დიზაინის გამო.

5. დინების სიჩქარე

Belimo-ს „velocity chart“ დოკუმენტის მიხედვით, ძალიან მაღალი დინების სიჩქარეზე შესაძლოა დაზიანდეს შიდა საფარი (liner) და დისკი; ასევე მომენტი შეიძლება გაიზარდოს და ამძრავის შესაძლებლობასაც კი გადააჭარბოს. ეს აჩვენებს, რომ გამოთვლისას გასათვალისწინებელია არა მხოლოდ სტატიკური დახურვა, არამედ დინების პირობებიც.

6. მუშაობის რეჟიმი

სარქველი მხოლოდ გახსნა-დახურვის (on/off) რეჟიმში იმუშავებს თუ მოახდენს მოდულირებას? Spirax Sarco აღნიშნავს, რომ მოდულირებად ელექტრო ამძრავებს შეიძლება ჰქონდეთ გაშვებების უფრო მაღალი რაოდენობა და განსხვავებული საექსპლუატაციო (duty) მოთხოვნები. AUMA ასევე ცალკე განსაზღვრავს გახსნა-დახურვის (open-close duty) და მოდულირების (modulating duty) კლასებს. ეს აჩვენებს, რომ მომენტის შერჩევა უნდა განიხილებოდეს მუშაობის რეჟიმთან ერთად და არა მხოლოდ მყისიერ მომენტთან.

როგორ გამოითვლება ბრუნვის მომენტი?

ველზე იდეალური მეთოდი არ არის თეორიული ფორმულის შედგენის მცდელობა, არამედ სარქვლის მწარმოებლის „required torque / close-off pressure“ მონაცემებზე დაფუძნება და შემდეგ შესაბამისი ამძრავის შერჩევა. Spirax Sarco განსაკუთრებით ურჩევს ამძრავის ზომის შესარჩევად მწარმოებლის ტექნიკურ ფურცლებზე (datasheet) დაფუძნებას.

პრაქტიკული თანმიმდევრობა ასეთია:

1. განისაზღვრება სარქვლის ტიპი: ბურთულოვანი, პეპლის, 2-გზიანი თუ 3-გზიანი.
2. განისაზღვრება სარქვლის დიამეტრი.
3. განისაზღვრება მაქსიმალური დიფერენციალური წნევა ხაზზე.
4. მოიძებნება მწარმოებლის მიერ ამ სარქვლისთვის მითითებული „required torque“ ან „close-off pressure“ მნიშვნელობა.
5. ირჩევა ამძრავი უსაფრთხოების მარაგით, ამ მნიშვნელობაზე მაღლა.
6. თუ სარქველი მოდულირებულ რეჟიმში იმუშავებს, ცალკე ფასდება საექსპლუატაციო (duty) კლასი და ციკლების სიხშირე.

რატომ არის საჭირო თეორიის ნაცვლად მწარმოებლის მონაცემებით მუშაობა

მომხმარებლები ზოგჯერ ეძებენ ზოგად მიდგომას, როგორიცაა „მომენტი = წნევა × ფართობი × ბერკეტის სიგრძე“. ეს ლოგიკა შეიძლება უხეშ წარმოდგენას იძლეოდეს; თუმცა სარქვლის რეალური ქცევა დამოკიდებულია მრავალ ცვლადზე, როგორიცაა ბუდის ხახუნი, შიდა გეომეტრია, ლილვის წინააღმდეგობა, კუთხური პოზიცია, დინების ძალა და კორპუსის დიზაინი. Belimo-ს პეპლის სარქვლის ტექნიკური სახელმძღვანელო ნათლად აჩვენებს, რომ მომენტი იცვლება კუთხური პოზიციის მიხედვით და დინების ძალები განსაკუთრებით გარკვეულ კუთხეებზე იზრდება. ამიტომ პრაქტიკულ შერჩევაში უნდა დაეფუძნო მწარმოებლის ტექნიკურ ფურცელს (datasheet).

როგორ უნდა განიხილებოდეს ბრუნვის მომენტის გამოთვლა პეპლის სარქველებში?

პეპლის სარქველებში მომენტის გამოთვლა ერთ-ერთი ყველაზე რთული საკითხია, ვინაიდან დისკი მუშაობს როგორც ბუდის წინააღმდეგ, ისე სითხის დინამიკური ძალების ქვეშ. Belimo-ს მიხედვით, ნაწილობრივ ღია პეპლის სარქველზე მოქმედი დინამიკური ძალები ქმნიან მომენტს გახსნის მიმართულებით და ეს ეფექტი პიკს აღწევს 60°–85°-ს შორის. იმავე წყაროში აღნიშნულია, რომ დახურვასთან ახლოს ელასტიური ბუდის გამო საჭიროა მაღალი მომენტი.

ამიტომ პეპლის სარქვლისთვის ამძრავის შერჩევისას უნდა დაიცვას შემდეგი ლოგიკა:

• მხოლოდ ნომინალური დიამეტრი საკმარისი არ არის,
• არ შეიძლება უბრალოდ ითქვას „ეს სარქველი DN100-ია, ამისთვის 20 Nm საკმარისია“,
• აუცილებლად გასათვალისწინებელია მწარმოებლის მიერ მითითებული წნევაზე დამოკიდებული მომენტი ან close-off კლასი. Siemens-ის პეპლის სარქვლის დოკუმენტებშიც ამძრავის მომენტის კლასები პროდუქტის კოდში ცალკე პარამეტრად შედის; ეს აჩვენებს, რომ მომენტი დამოუკიდებელი შერჩევის კრიტერიუმია.

როგორ უნდა განიხილებოდეს ბრუნვის მომენტის გამოთვლა ბურთულოვან სარქველებში?

ბურთულოვან სარქველებში გეომეტრია ზოგადად განსხვავდება პეპლის სარქვლისგან; მიუხედავად ამისა, მომენტის მოთხოვნა მაინც დამოკიდებულია წნევასა და შიდა ბუდის კონსტრუქციაზე. Siemens-ის მარეგულირებელი ბურთულოვანი სარქვლის (control ball valve) დოკუმენტებში ცალკე არის განსაზღვრული მაქსიმალური დიფერენციალური წნევა, რომლის წინააღმდეგაც მოტორიზებული სარქველი უსაფრთხოდ იხურება. ეს აჩვენებს, რომ ბურთულოვანი სარქვლის შერჩევისასაც close-off შესაძლებლობა უშუალოდ გადამწყვეტია.

ბურთულოვანი სარქველებისთვის პრაქტიკული მიდგომა ასეთია:

• განიხილება სარქვლის ტექნიკურ ფურცელში (datasheet) მითითებული დახურვის წნევა (close-off) და შესაბამისი ამძრავის კომბინაცია,
• განისაზღვრება მართვის სიგნალი და მუშაობის რეჟიმი,
• რჩება უსაფრთხოების მარაგი,
• საჭიროების შემთხვევაში გათვალისწინებულია, რომ ზამბარით დაბრუნებად (spring return) ვერსიებს შეუძლიათ გამოიმუშაონ ნაკლები წმინდა ძალა. Spirax Sarco ნათლად აღნიშნავს, რომ ზამბარის რეზერვის (spring reserve) ვერსიებში ელექტრო ამძრავის ძალა შეიძლება შეზღუდული იყოს და საჭიროა მწარმოებლის ცხრილების გადამოწმება.

როგორ უნდა განისაზღვროს უსაფრთხოების მარაგი?

პრაქტიკაში ყოველთვის სწორი არ არის ამძრავის შერჩევა მხოლოდ სარქვლის კატალოგში მითითებული მინიმალური მომენტით. ვინაიდან ველზე:

• შეიძლება მოხდეს ჰიდრავლიკური დარტყმა,
• ხაზის წნევა შეიძლება შეიცვალოს,
• ბუდე შეიძლება დაძველდეს,
• შეიძლება წარმოიქმნას დაბინძურება და ნადები,
• ტემპერატურის ცვლილებამ შეიძლება გაზარდოს ხახუნი.

ამიტომ პრაქტიკაში რჩება უსაფრთხოების მარაგი. ამ მარაგის ზუსტი პროცენტი იცვლება მწარმოებლისა და გამოყენების მიხედვით; ერთი უნივერსალური რიცხვის მითითება არ იქნება სწორი. სწორი მეთოდია მწარმოებლის სარქველი-ამძრავის კომბინაციის ცხრილზე დაფუძნება და ზღვარზე შერჩევის თავიდან აცილება. სწორედ ამიტომ არის ასე მნიშვნელოვანი Spirax Sarco-ს აქცენტი: „manufacturer’s charts should always be consulted“.

რატომ არის ბრუნვის მომენტი კიდევ უფრო კრიტიკული მოდულირებად გამოყენებაში?

on/off გამოყენებაში სარქველი ძირითადად ღია და დახურულ ბოლო პოზიციებში მუშაობს. მოდულირებად გამოყენებაში კი სარქველი უწყვეტად მოძრაობს მრავალ შუალედურ პოზიციაზე. Spirax Sarco აღნიშნავს, რომ მოდულირებადი ელექტრო ამძრავები პოზიციის სენსორითა და უკუკავშირით (feedback) უწყვეტად გადაადგილდებიან სასურველ პოზიციაზე; AUMA კი მოდულირებისთვის (modulating duty) ცალკე საექსპლუატაციო კლასებს განსაზღვრავს. ეს აჩვენებს, რომ მომენტის გამოთვლის გარდა გასათვალისწინებელია ციკლების სიხშირე და საექსპლუატაციო კლასიც.

7 ყველაზე გავრცელებული შეცდომა

ელექტრო ამძრავიან სარქველში ბრუნვის მომენტის გამოთვლისას ყველაზე გავრცელებული შეცდომებია:

1. ამძრავის შერჩევა მხოლოდ სარქვლის დიამეტრის მიხედვით.
2. დიფერენციალური წნევის გაუთვალისწინებლობა.
3. „close-off pressure“ მნიშვნელობის წაუკითხაობა.
4. პეპლისა და ბურთულოვანი სარქვლის მომენტის ქცევის ერთნაირად მიჩნევა.
5. მოდულირებად მუშაობაში საექსპლუატაციო (duty) კლასის უგულებელყოფა.
6. ზამბარით დაბრუნებად ამძრავში წმინდა ძალის/მომენტის სხვაობის გაუთვალისწინებლობა.
7. მწარმოებლის კომბინაციის ცხრილების ნაცვლად ვარაუდით შერჩევა.

ყველა ეს პუნქტი პირდაპირ ან ირიბად ხაზგასმულია Siemens-ის, Belimo-სა და Spirax Sarco-ს მიერ სარქველი-ამძრავის შერჩევის ლოგიკაში.

ხშირად დასმული კითხვები

რა არის ბრუნვის მომენტი?ეს არის მბრუნავი მომენტი, რომელსაც ამძრავი გამოიმუშავებს სარქვლის ლილვის დასაბრუნებლად. Belimo-სა და Siemens-ის პროდუქტების ჯგუფებში ეს მნიშვნელობა მითითებულია Nm-ში ან lb-in-ში.

გამოითვლება თუ არა ბრუნვის მომენტი ფორმულით?უხეში საინჟინრო მიდგომის აგება შესაძლებელია; თუმცა რეალური შერჩევისთვის უნდა გამოვიყენოთ მწარმოებლის მიერ სარქვლისთვის მითითებული „required torque“, „actuator torque“ და „close-off pressure“ მონაცემები. Spirax Sarco ამას ნათლად ურჩევს.

რატომ არის საჭირო პეპლის სარქველებთან უფრო მეტი სიფრთხილე?ვინაიდან დისკზე მოქმედებს დინების ძალები და მომენტის მოთხოვნა იცვლება კუთხური პოზიციის მიხედვით. Belimo-ს პეპლის სარქვლის ტექნიკური სახელმძღვანელო ამას დეტალურად ხსნის.

რა ხდება, თუ ბრუნვის მომენტი არასაკმარისია?სარქველი სრულად არ იღება, სრულად არ იხურება, შეიძლება ჟონავდეს, ამძრავი შეიძლება გადაიტვირთოს და მისი მომსახურების ვადა შემცირდეს. ეს შედეგი თანხვედრაშია მწარმოებლის წყაროების მიერ ხაზგასმულ close-off და sufficient torque მოთხოვნასთან.

დასკვნა

ბრუნვის მომენტის გამოთვლა ელექტრო ამძრავიან სარქველებში სარქვლის შერჩევის მეორეხარისხოვანი საკითხი კი არ არის, არამედ მისი ცენტრი. სწორი მომენტის შესარჩევად მხოლოდ DN ზომას არ ითვალისწინებენ; აუცილებლად ერთად უნდა შეფასდეს:

• სარქვლის ტიპი,
• დიფერენციალური წნევა,
• დახურვის წნევა (close-off),
• ბუდის კონსტრუქცია,
• დინების სიჩქარე,
• მუშაობის რეჟიმი,
• მწარმოებლის კომბინაციის ცხრილი

Siemens-ის, Belimo-სა და Spirax Sarco-ს წყაროებიც იმავე საკითხზე მიუთითებენ: ამძრავის შერჩევა უნდა დაეფუძნოს მწარმოებლის ტექნიკურ მონაცემებს და აუცილებლად უნდა იქნას გათვალისწინებული მაქსიმალური დიფერენციალური წნევა და საჭირო მომენტი.