Actuateurs des valves Mars 2010. Dimensionnement Un des problèmes auquel fait face celui ou celle...

Actuateurs des valves

Mars 2010

Dimensionnement

Un des problèmes auquel fait face celui ou celle qui fait la sélection des valves, c’est le choix de l’actuateur qui déplace la tige de manœuvre.

LES FORCES QUE L’ACTUATEUR DOIT COMBATTRE

Quelles sont les forces en présences ?

Les forces en présence

Forces statiques:Force de déséquilibre;Force sur la tige;Force de frottement.

Forces dynamiques:Résultent de l’écoulement du liquide.

Force de déséquilibre

Forces sur le clapet:

P2

P1

AS

AP


Force de déséquilibre:

Paramètres:Ap = aire du piston;As = aire de la tige;dP = P1-P2;

Kh = Coefficient de force.

F K pA P Ah p s 2

Force sur la tige

Pour assurer l’étanchéité de la valve, il faut que l’actuateur pousse le clapet contre le siège avec une certaine force.

Force sur la tige

Pour une étanchéité de classe II (valve en métal):20 livres par pouce linéaire (circonférence);

Pour une étanchéité de classe IV (valve en métal):80 livres par pouce linéaire (circonférence).

Force sur la tige

Pour TFE:30 livres par pouce linéaire plus 22 livres

par pouce linéaire par 100 psi de différence de pression (maximum de 400 psi).

Force de frottement

Force de frottement de la tige de manœuvre sur les garnitures.

Dans les valves à billes, frottement de la bille sur les parois du siège.

Force de frottement

Pour les garnitures en V en TFE, le frottement est égal à 100 x le diamètre de la tige (en pouces).

Pour les garnitures en graphite, le frottement est égal à 350 x le diamètre de la tige (en pouces).

Forces dynamiques

Les forces dynamiques sont causées par les mouvements du liquide.

Le comportement est très variable d’une valve à l’autre et difficile à décrire.

Force dynamique valve à ouverture rapide

Débit du liquide ouvre la valve (flow to open).

Le débit aide à l’ouverture !

Force dynamique valve à ouverture rapide

Débit du liquide ferme la valve (flow to close).

Le débit rend l’ouverture plus difficile que l’exemple précédent !

Force dynamique valve à ouverture rapide (double port)

Débit du liquide à moins d’effet.

Force dynamique valve papillon

Notez la chute du couple après un sommet entre 60 et 90 degrés.

La stabilité est importante

Il faut s’assurer que l’ensemble des forces au sein de la valve et de son actuateur résulte en un système stable. Compense la somme des

forces “spring+fluid”

Deux ouvertures de valve possibles pour une pression dans le diaphragme = DANGER !!!

EXEMPLE

Exemple d’un choix d’actuateur

La valve à commander possède les caractéristiques suivantes:Diamètre de 2 pouces;Robinet à soupape (globe valve) à cage

guidée;Siège en métal;Orifice simple;Non balancée;Écoulement ouvre la valve (flow to open).


La valve à commander possède les caractéristiques suivantes:Garniture: anneau en V en TFE;Course de la tige de manoeuvre de 1 1/8

pouce;Diamètre de la tige de manoeuvre de ½ po;Diamètre du siège de 2 5/16 pouces;


La valve à commander possède les caractéristiques suivantes:Coefficients de force Kh:

Ouverture = -0.16;Fermeture = -1.00;

Pressions (P1,P2):Ouvert = 40 psig, 25 psig;Fermé = 50 psig, 10 psig.

Choix préliminaire

Pour une valve de 2 pouces, on recommande un actuateur pneumatique ayant un diaphragme d’une surface de 69 pouces carrés.

Et on a accès à 3 ressorts:275 lbs/po, 370 lbs/po

et 460 lbs/po.

Analysons maintenant les forces en jeu dans cette combinaison

valve/actuateur…

Effet du frottement

Amplitude de la force de frottement est 100 fois le diamètre de la tige de manoeuvre.

Ainsi, cette force est 100x½ = 50 livres.

Cette force s’oppose toujours au mouvement.


Surface du siège: 4.20 po2;Surface de la tige: 0.20 po2;

Pour l’ouverture:

F K pA P A

lbs

h p s

2

0 16 40 25 4 20 25 0 20

15

. ( ) . ( . )


Surface du siège: 4.20 po2;Surface de la tige: 0.20 po2;

Pour la fermeture:

F K pA P A

lbs

h p s

2

1 00 50 10 4 20 10 0 20

170

. ( ) . ( . )

Force nécessaire pour l’étanchéité

Pour une étanchéité de classe II, il faut 20 lbs/po linéaire du siège.Circonférence du siège = 7.26 pouces;Force à l’ouverture = 0 lbs;

Logique car on ouvre la valve…Force à la fermeture = -145 lbs.

Bilan: Ouverture

Frottement + 50 lbs

Déséquilibre - 15 lbs

Étanchéité 0 lbs

Diaphragme (3psig) +207 lbs

Ressort (275 lb/po) - x lbs

Somme 242 – x lbs

x doit être égal à 242 livres (ajustement du ressort)

Ressort de 275 lbs/po.

Bilan: Fermeture

Frottement - 50 lbs


Étanchéité - 145 lbs

Diaphragme (? psig) + z lbs

Ressort (275 lb/po) - 552 lbs

Somme - 917 + z lbs

z doit être égal à 917 livres 13.28 psig


Bilan: Ouverture

Frottement + 50 lbs


Étanchéité 0 lbs



Somme 242 – x lbs



Bilan: Fermeture

Frottement - 50 lbs





Somme - 1024 + z lbs

z doit être égal à 1024 livres 14.84 psig


Bilan: Ouverture

Frottement + 50 lbs


Étanchéité 0 lbs



Somme 242 – x lbs



Bilan: Fermeture

Frottement - 50 lbs





Somme - 1125 + z lbs

z doit être égal à 1125 livres 16.3 psig > 15 psig !


Choix de l’actuateur de la valve

Choix préliminaire correct.

Choix du ressort de 370 livres/pouce donne une course de 3 à 14.84 psig.On vise 3 à 15 psig…

Bilan au début du mouvement de fermeture

Pression requise pour entamer le mouvement de fermeture: 4.45 psig.

Ressort = -242 lbs

Frottement = -50 lbs

Déséquilibre = -15 lbs

Fermeture

-307 lbs /69 po2

Bilan au contact avec le siège

Pression requise lors du contact avec le siège en fermeture: 12.74 psig.

Ressort = -659 lbs

Frottement = -50 lbs


Fermeture

-879 lbs /69 po2

Bilan au début du mouvement d’ouverture

Pression requise pour entamer le mouvement d’ouverture: 11.29 psig.

Ressort = -659 lbs

Frottement = +50 lbs


Ouverture

-779 lbs /69 po2

Bilan pression en fonction de l’ouverture de la valve

Annexes

Force à appliquer vs classe d’étanchéité

Actuateurs des valves Mars 2010. Dimensionnement Un des problèmes auquel fait face celui ou celle...

Documents

Transcript of Actuateurs des valves Mars 2010. Dimensionnement Un des problèmes auquel fait face celui ou celle...