Электропривод для задвижки: расчёт момента и подбор многооборотного привода

Электропривод для задвижки подбирают не так, как для шарового крана или дискового затвора: у клиновых и шиберных задвижек запорный орган движется поступательно вдоль штока, поэтому привод должен быть многооборотным, а не четвертьоборотным. Ключевые параметры подбора — крутящий момент на открытие и закрытие, число оборотов выходного вала под полный ход штока и способ механического соединения с арматурой. Ошибка в любом из этих пунктов приводит либо к недоходу штока до упора, либо к постоянным срабатываниям муфты ограничения момента.

Почему задвижке нужен именно многооборотный привод

В клиновой и шиберной задвижке запорный элемент (клин или шибер) перемещается перпендикулярно потоку по резьбовому штоку. Чтобы сдвинуть его от полностью открытого до полностью закрытого положения, шток должен совершить множество оборотов — в отличие от шарового крана или затвора, где рабочий орган поворачивается всего на 90°. Поэтому для задвижек используют многооборотные (мультиоборотные) электроприводы: они рассчитаны на длительное вращение выходного вала с редуктором, а не на быстрый поворот на четверть оборота.

Конструктивно многооборотный привод отличается от четвертьоборотного узлом выходного вала и муфтой ограничения крутящего момента, которая отключает двигатель при достижении заданного усилия — это защищает шток и седло от повреждения при полном закрытии задвижки.

Расчёт крутящего момента для задвижки

Момент, который должен развивать привод, складывается из нескольких составляющих:

• усилие на преодоление трения в резьбе штока при осевом перемещении клина или шибера;
• трение в сальниковом уплотнении штока;
• трение в подшипниках или упорном узле привода;
• дополнительный момент страгивания — он выше номинального рабочего момента, поскольку в закрытом положении клин прижат к седлу под давлением среды, а после длительного простоя в уплотнении и резьбе увеличивается сухое трение.

В общем виде момент на штоке многооборотной задвижки описывается зависимостью крутящего момента от осевой нагрузки на шток, среднего диаметра резьбы, угла подъёма резьбы и угла трения в резьбовой паре, а также от КПД резьбового соединения. Осевая нагрузка на шток, в свою очередь, зависит от диаметра условного прохода DN, рабочего давления в трубопроводе и коэффициента трения в уплотнении седла.

На практике для промышленного подбора удобнее использовать не вывод формулы «с нуля», а паспортные данные завода-изготовителя задвижки: производитель арматуры указывает требуемый крутящий момент на открытие/закрытие для конкретного типоразмера и класса давления. Электропривод подбирают с запасом по моменту относительно этого паспортного значения, а точную методику пересчёта крутящего момента под конкретные условия эксплуатации разбирали ранее — см. расчёт крутящего момента электропривода.

Момент открытия и момент закрытия — не одно и то же

Для клиновых задвижек момент закрытия обычно выше момента открытия: в конце хода клин расклинивается в седле, создавая дополнительное сопротивление, которое и обеспечивает герметичность. Именно поэтому муфта ограничения момента в многооборотном приводе настраивается раздельно на «открытие» и «закрытие» — по разным уставкам.

Число оборотов штока: как рассчитать

Второй обязательный параметр подбора — количество оборотов выходного вала привода, необходимое для полного хода штока от «открыто» до «закрыто». Оно определяется по формуле:

N = L / (p × z)

где L — полный рабочий ход штока (мм), p — шаг резьбы штока (мм), z — число заходов резьбы. Ход штока обычно указывается производителем задвижки и растёт пропорционально DN: чем больше диаметр прохода, тем длиннее шток и тем больше оборотов нужно совершить приводу за один цикл открытия-закрытия.

Число оборотов важно не только для выбора привода, но и для расчёта времени срабатывания: при заданной частоте вращения выходного вала время полного хода арматуры прямо пропорционально числу оборотов штока. Для задвижек большого DN, где ход штока может достигать значений в сотни миллиметров, время срабатывания стандартного привода без ускоряющей передачи может оказаться неприемлемо большим — тогда рассматривают привод с более высокой частотой вращения выходного вала или дополнительный редуктор.

Особенности монтажа на задвижки большого DN

С ростом диаметра условного прохода меняется не только требуемый момент, но и сама схема установки привода:

• Вес и габариты. На задвижках DN от 300–400 мм и выше масса привода и редуктора становится значительной, поэтому узел крепления должен выдерживать не только крутящий момент, но и статическую нагрузку от собственного веса привода, часто с дополнительной опорой или кронштейном.
• Восходящий и невосходящий шток. В задвижках с выдвижным (восходящим) штоком привод должен воспринимать осевое усилие через упорный подшипник — в этом случае применяется схема с упорным узлом (thrust base). В задвижках с невыдвижным штоком привод передаёт только крутящий момент, без осевой нагрузки, что упрощает конструкцию крепления.
• Тип механического соединения. Для многооборотных приводов на задвижки крепление выходного узла к арматуре и присоединение по типу и размеру фланца регламентируются отдельным стандартом на многооборотные приводы (в отличие от поворотных приводов на шаровые краны и затворы, где применяется фланцевое соединение по ISO 5211). Требования к сопрягаемым размерам и допускам подробно разобраны в материале о креплении электропривода к арматуре.
• Редуктор-мультипликатор. Когда паспортный момент задвижки превышает возможности стандартного ряда приводов, между приводом и арматурой устанавливают редуктор, увеличивающий выходной момент за счёт снижения частоты вращения — это стандартная практика для задвижек большого DN на магистральных трубопроводах.

Алгоритм подбора электропривода для задвижки

1. Получить у производителя задвижки паспортные значения крутящего момента на открытие и закрытие для конкретного DN и класса давления.
2. Определить полный ход штока и рассчитать необходимое число оборотов выходного вала привода.
3. Задать требуемое время срабатывания и подобрать частоту вращения (или редуктор) под нужное время хода.
4. Проверить тип штока (восходящий/невосходящий) и подобрать соответствующую схему крепления привода — с упорным подшипником или без него.
5. Сверить присоединительные размеры привода и арматуры, при необходимости заложить переходный фланец или адаптер.
6. Учесть условия эксплуатации — климатическое исполнение, степень защиты корпуса, требования к взрывозащите, если задвижка установлена во взрывоопасной зоне.

Общий порядок выбора привода под запорную арматуру без привязки к конкретному типу — в материале как правильно выбрать электропривод для запорной арматуры. Если на объекте одновременно эксплуатируются задвижки и арматура с четвертьоборотным приводом действия — шаровые краны, дисковые затворы, — стоит сравнить кинематику и особенности подбора в статье об электроприводах для шарового крана и дискового затвора.

Многооборотные электроприводы DAUME для задвижек

В линейке DAUME Control есть серии, предназначенные для многооборотной арматуры, включая клиновые и шиберные задвижки. Конкретные типоразмеры, диапазоны крутящего момента и присоединительные размеры для каждой серии удобнее смотреть в сравнительном обзоре линейки — см. линейка электроприводов DAUME: сравнение серий. Если требуется замена привода на задвижке, ранее укомплектованной оборудованием AUMA, порядок подбора аналога описан в руководстве как выбрать аналог AUMA.

Частые ошибки при подборе привода на задвижку

Корректный подбор электропривода для задвижки требует точных исходных данных по моменту и ходу штока от производителя арматуры, а также проверки механической совместимости присоединения — только при выполнении этих условий многооборотный привод будет работать в расчётном режиме на протяжении всего заявленного срока эксплуатации.

Нужна помощь с подбором электропривода?

Пришлите параметры арматуры: тип, DN, требуемый крутящий момент, напряжение питания, допустимое время хода и условия эксплуатации. Мы поможем подобрать подходящий электропривод и проверить совместимость с арматурой.

Оставить заявку на подбор электропривода