Valve Torque: Key Calculation, Factors and Practical Use

En la producción industrial,VálvulasEs un componente indispensable en el sistema de tuberías y es responsable de controlar el flujo de fluidos. Par de la válvula como parámetro clave en la operaciónVálvulas, juega un papel vital para garantizar el funcionamiento normal de la válvula y seleccionar el dispositivo de accionamiento adecuado. Este artículo explorará en profundidad el método de cálculo, los factores de influencia y la importancia práctica del par de la válvula para ayudar a los lectores a comprender y comprender mejor este importante concepto.

El par de válvula se refiere a la fuerza rotativa que necesita ser aplicada a un dispositivo de accionamiento de válvula (por ejemplo, una rueda manual, un accionador eléctrico o un accionador neumático) para abrir o cerrar el cartucho de válvula (por ejemplo, una bola en una placa de compuerta, una placa de mariposa o una válvula de bola). Se produce principalmente por los siguientes factores.

La estructura de sellado de la válvula requiere una cierta presión específica de sellado entre el núcleo de la válvula y el asiento de la válvula para garantizar que la válvula no tenga fugas cuando se cierra. Al abrir la válvula, es necesario superar el par de fricción generado por esta presión específica de sellado. Por ejemplo, en una válvula de compuerta, las superficies de sellado de la válvula de compuerta y el asiento de la válvula se ajustan estrechamente cuando están cerradas. Para abrir la válvula de compuerta, se debe superar la fricción entre la compuerta y el asiento de la válvula, y el momento correspondiente a esta fuerza es parte del momento de apertura.

En un sistema de tuberías presurizadas, la presión del medio actúa sobre el carrete de la válvula, creando fuerzas que mantienen el carrete cerrado o obstaculizan su movimiento. Por ejemplo, en una válvula de bola cerrada, la presión del medio en la tubería presiona la bola firmemente contra el asiento de la válvula. Para abrir la válvula de bola, no solo es necesario superar la fuerza de fricción entre la bola y el asiento de la válvula, sino también superar el par de resistencia generado por la presión del medio en la bola, para que la bola gire y la válvula se abra.

Existe fricción entre el carrete, el vástago, el empaque y otros componentes. Por ejemplo, la fricción entre el vástago de la válvula y el empaque: durante el funcionamiento de la válvula, el vástago de la válvula necesita moverse hacia arriba y hacia abajo o girar, y el empaque aplica una fuerza de fricción al vástago de la válvula, que también necesita ser superada aplicando un cierto par de torsión.

El cálculo del par de torsión de la válvula es esencial para garantizar el funcionamiento normal de la válvula y seleccionar el dispositivo de accionamiento adecuado. A continuación se muestran los métodos de cálculo para ayudar a los lectores a comprender y aplicar mejor.

La fórmula de cálculo del par de la válvula es la siguiente: Primero, multiplica la mitad del cuadrado del diámetro de la válvula por 3,14 para calcular el área de la placa de la válvula. Luego, multiplica esta área por la presión de trabajo para obtener la presión estática en el eje. A continuación, se multiplica por el coeficiente de fricción (0,1 para acero general; 0,15 para acero frente a caucho) y se multiplica por el diámetro del eje dividido por 1000 para obtener el par de la válvula en Newton-metros. Para los actuadores eléctricos y los actuadores neumáticos, el factor de seguridad es 1,5 veces el par de torsión calculado de la válvula.

Cuando se diseña una válvula, la selección del actuador se basa en una estimación, que se divide en tres partes: el par de fricción entre los elementos de sellado (tales como la bola y el asiento), el par de fricción del empaque en el vástago y el par de fricción del cojinete en el vástago. Por lo tanto, la presión de cálculo generalmente toma 0,6 veces la presión nominal (aproximadamente la presión de trabajo), y el coeficiente de fricción se determina de acuerdo con el material. El par calculado se multiplica entonces por 1,3 a 1,5 veces para seleccionar el actuador.

Aunque el valor calculado del par de la válvula tiene un alto significado de referencia, no debe aplicarse rígidamente. Esto se debe a que hay demasiados tipos de placas de válvula, asientos de válvula y empaques, cada uno de los cuales tiene diferentes fuerzas de fricción, así como diferentes áreas de contacto y grados de sujeción. Por lo tanto, en la práctica, la medición instrumental generalmente se utiliza en lugar de el cálculo. Bajo la influencia de muchos factores, el par de válvula calculado no es tan preciso como los resultados experimentales.

La magnitud del par de la válvula no es fija y se ve afectada por una combinación de varios factores. Comprender estos factores ayuda a calcular y seleccionar con mayor precisión el par adecuado de la válvula, garantizando así la confiabilidad y seguridad de la válvula en condiciones de trabajo reales. Los principales factores son los siguientes.

Los diferentes tipos de válvulas tienen características de par de torsión significativamente diferentes. Por ejemplo, el par de la válvula de compuerta se utiliza principalmente para superar la fricción y la presión del medio entre la compuerta y el asiento de la válvula, y el par es relativamente grande y estable durante el proceso de apertura. Por el contrario, la válvula de mariposa tiene un par relativamente pequeño al comienzo de la apertura y el cierre, pero debido al efecto de sellado entre la placa de mariposa y el asiento de la válvula, el par aumenta rápidamente cuando se acerca a la posición cerrada.

En general, cuanto mayor sea el diámetro nominal de la válvula, mayor será el par de torsión requerido. Esto se debe a que el área del núcleo de la válvula con un diámetro mayor es mayor, la presión del medio es mayor y la fricción de la superficie de sellado es mayor. Por ejemplo, bajo la misma presión y condiciones de trabajo, la válvula de bola de gran diámetro DN1000 requiere un mayor par de apertura y cierre que la válvula de bola de pequeño diámetro DN100.

Cuanto mayor sea la presión del medio en la tubería, mayor será la diferencia de presión a la que debe soportar la válvula, mayor será la resistencia que debe superarse cuando la válvula está funcionando y, por lo tanto, mayor será el par. Por ejemplo, una válvula en una tubería con una clase de presión de 10 MPa está sometida a una presión mucho mayor que una válvula en una tubería con una clase de presión de 1 MPa, y el par operativo requerido para la misma se incrementa en consecuencia.

Diferentes tipos de sellos, tales como sellos blandos y sellos duros, tienen diferentes requisitos de par. Las válvulas de sellado blando generalmente tienen buena elasticidad del material de sellado y una menor presión específica de sellado, por lo que el par requerido es pequeño. Por el contrario, las válvulas de sellado duro tienen típicamente un contacto de metal a metal en la superficie de sellado, una presión específica de sellado más alta y un par operativo más grande.

Como parámetro central en la operación de la válvula, el par de la válvula es de gran importancia en todo el proceso de diseño, selección, instalación, operación y mantenimiento de la válvula. La comprensión precisa y la aplicación racional del par de la válvula son indispensables para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de los sistemas industriales.

El cálculo y la comprensión precisos del par de la válvula es la clave para elegir el accionamiento de la válvula adecuado. Solo seleccionando un actuador con un par coincidiente se puede abrir y cerrar de manera confiable la válvula en condiciones de funcionamiento normales, evitando situaciones en las que un par insuficiente obstaculiza el funcionamiento de la válvula o un par excesivo provoca daños al actuador y a los componentes de la válvula.

En el diseño y operación de un sistema de tuberías, comprender el par de torsión de la válvula puede ayudar a garantizar la seguridad del sistema. Si el cálculo del par de torsión de la válvula no es preciso, la válvula puede no funcionar correctamente durante el funcionamiento del sistema, lo que provoca accidentes de seguridad como fugas de medios y sobrepresión de la tubería.

El par de apertura (par) también es un indicador importante para medir la calidad de los productos de válvula. En los estándares de válvulas de tuberías en algunos países industriales avanzados, se utiliza como uno de los criterios de evaluación, estipulando que el par de apertura de las válvulas manales no debe exceder 360 N • m. Si se excede este par, es necesario considerar la selección de un dispositivo de accionamiento adecuado (por ejemplo, eléctrico, neumático o hidráulico). La magnitud del par de apertura refleja la dificultad de operar la válvula. Las personas a menudo describen la calidad de la válvula en función de la facilidad y la flexibilidad de la apertura.

Conocer las características del par operativo de los diferentes tipos de válvulas puede ayudar a seleccionarlas y utilizarlas mejor, asegurando que funcionen de manera eficiente en condiciones de trabajo reales. A continuación se analizan las características de par operativo de varias válvulas comunes.

Cuando la apertura de la válvula es superior al 10%, la fuerza axial de la válvula, es decir, el par operativo de la válvula, no cambia mucho. Cuando la apertura de la válvula es inferior al 10%, la diferencia de presión entre la válvula de compuerta y la parte posterior aumenta debido al efecto de estrangulamiento del fluido. Esta diferencia de presión actúa sobre la compuerta y requiere una gran fuerza axial sobre el vástago de la válvula para mover la compuerta, por lo que el cambio en el par operativo de la válvula es relativamente grande dentro de este intervalo.

Cuando la válvula de cierre está abierta y el disco de la válvula alcanza una cierta proporción del diámetro nominal de la válvula, el flujo ha alcanzado el máximo, lo que indica que la válvula ha alcanzado la posición completamente abierta. Por lo tanto, la posición totalmente abierta de la válvula de cierre debe determinarse por la carrera del disco de válvula. La situación cuando la válvula de cierre está cerrada y cuando se abre de nuevo después de un cierre apretado es similar a la de una válvula de compuerta de sellado forzado. Por lo tanto, la posición cerrada de la válvula debe determinarse mediante el aumento del par operativo hasta un valor especificado.

La curva característica del par operativo de la válvula de mariposa es alta en el medio y baja en ambos extremos. Este fenómeno se produce porque cuando la válvula de mariposa está en la posición intermedia, el fluido es obstaculizado por la placa de mariposa para fluir alrededor de la placa de mariposa, creando un vórtice en ambos lados de la placa. Estos vórtices ejercen un par hidrodinámico sobre la placa que tiende a cerrar la placa. A medida que se abre o cierra la placa de mariposa, la influencia de la corriente de vórtice disminuye, y cuando la corriente de vórtice desaparece, la resistencia en la placa también disminuye, formando una curva característica alta en el medio y baja en ambos extremos.

La curva característica de par de funcionamiento de la válvula de bola es muy similar a la de la válvula de mariposa, y también se debe a la influencia de la corriente de vórtice causada por el cambio de dirección del fluido en la bola. El efecto de estos vórtices disminuye gradualmente a medida que se abre o cierra la válvula. La válvula de bola gira 90 grados desde la totalidad abierta a la totalidad cerrada y requiere un tope mecánico. Las posiciones de apertura y cierre de la válvula de bola deben determinarse por el ángulo de rotación del vástago de la válvula, por lo que la válvula de bola adopta el posicionamiento de carrera.

El par de la válvula es un parámetro clave en el funcionamiento de la válvula y se ve afectado por muchos factores, como el tipo de válvula, el tamaño, la presión del medio y el tipo de sello. El cálculo y la comprensión precisos del par de la válvula son de gran importancia para seleccionar el actuador adecuado, garantizar el funcionamiento seguro del sistema de tuberías y medir la calidad de la válvula. Aunque se puede calcular mediante fórmulas mecánicas, en aplicaciones prácticas, debido a la existencia de varios factores complejos, las mediciones experimentales a menudo pueden proporcionar resultados más precisos. Espero que este artículo pueda ayudar a los lectores a comprender y comprender mejor el conocimiento del par de la válvula y tomar decisiones más racionales en el trabajo real.