6. Statische Antriebsauslegung

6. Statische Antriebsauslegung

6.1. Kräfte im Stellgerät

Im Stellventil wirken folgende Kräfte auf die Drosselgarnitur samt Kegelstange:

Antriebskraft (bzw. Antriebsmoment )

Reibungskräfte(Stangenabdichtung, eventuell Druckentlastungsdichtung)

Massenkräfte (Gewichtskraft, Beschleunigungskraft)

Strömungskräfte

Dichtkraft (Sitzbelastungskraft) bei geschlossenem Ventil

Im pneumatischen Stellantrieb sind nachstehende Kräfte auf die Antriebsstange vorhanden:

Antriebskraft (bzw. Antriebsmoment )

Reibungskräfte (Antriebsstangenabdichtung), aber vernachlässigbar (0)

Massenkräfte (Gewichtskraft, Beschleunigungskraft) (0)

Federkraft

Druckkraft (Stelldruck , mittlere Membranfläche )

6.2. Hubstellventil

Ventil

Reibungskraft

: Reibbeiwert [N/mm] abhängig von Stangenabdichtung

: Reibbeiwert [N/mm] abhängig von Dichtung bei Druckentlastung

: Stangendurchmesser

: Sitzbohrungsdurchmesser

: Hubgeschwindigkeit

sign: Vorzeichen

Massenkraft

M: Masse von Kegel sowie Kegel- und Antriebsstange

g=9.81 : Erdbeschleunigung

Beschleunigung in der Regel gegenüber g vernachlässigbar

Strömungskraft
(FTO ohne Druckentl.)

(FTC mit Druckentl.)

(mit Druckentlast.)

: Eingangsdruck

: Ausgangsdruck

: Sitzbohrungsdurchmesser

: Stangendurchmesser

FTO: (Flow To Open, Strömung Ventil öffnend)

FTC: (Flow To Close, Strömung Ventil schließend)

Dichtkraft bei H=0: , ansonsten = 0

: Beiwert [N/mm] abhängig von geforderter Dichtigkeitsklasse

: Sitzbohrungsdurchmesser

Balgfederkraft

Antriebskraft

Kennwerte

Stangenabdichtung Reibbeiwert [N/mm]

PTFE 1.6

Graphit 10

Balg 1.6

Isolierteil 1.6

Kegeldichtkante (Leckagekl.) Schließkraftbeiwert [N/mm]

metallisch 2

eingeschliffen 20

weichdichtend 0.3

Druckentlastung Reibbeiwert [N/mm]

ohne -

mit PTFE-Dichtung 1.6

mit Graphit-Dichtung 10

pneumatischer Stellantrieb

Federsteifigkeit

: Membranfläche

Federbereich (in bar ü)

: Nennhub des Stellventils

Federvorspannkraft

: Membranfläche

unterer Federbereichsendwert (in bar ü)

Federkraft

(Feder Ventil schließend)

(Feder Ventil öffnend)

: Federvorspannkraft

H: Ventilstellung

: Nennhub des Stellventils

: Federsteifigkeit

Druckkraft

: Membranfläche

: Stelldruck

Antriebskraft

(Feder Ventil schließ.)

(Feder Ventil öffnend)

Kombination Stellantrieb + Stellventil

(Feder Ventil schließend)

(Feder Ventil öffnend)

Aus den Betriebsdaten bzw. der Druckdaten bei geschlossenem Ventil ergibt sich für die gewählte Konfiguration (Leckageklasse, Stangenabdichtung, Ventilsitzbohrungsdurchmesser, Stangendurchmesser, Druckentlastung mit/ohne, Durchströmungsrichtung) die erforderliche Antriebskraft aus der maximalen Antriebskraft (ventilseitig).

Der Antrieb wird

bei Antriebsfeder Ventil schließend in seiner Membranfläche unter
Einbeziehung des jeweils maximal möglichen Federbereiches

bei Antriebsfeder Ventil öffnend in seiner Membranfläche unter Einbeziehung
des jeweils minimal möglichen Federbereiches

minimiert.

Ergebnisse der statischen Antriebsauslegung neben der Membranfläche Aw und dem Federbereich sind:

die erforderliche Antriebskraft (ohne Druckentlastung) und (mit Druckentlastung)

zulässige Antriebskraft (Festigkeit, max. Antriebskraft)

zulässige Druckdifferenz am Ventilkegel (Festigkeit, max. Antriebskraft)

erforderlicher Stelldruckanfangswert

erforderl. Druckdifferenz zwischen Stelldruckendwert und Zuluftdruck

Mindest-Stellkraft des Antriebs

Mindest-Sicherheitswert

prozentuale Angabe der Hysterese (Reibung) Hyst.

Sicherheitswert für

6.3. Stellklappe und Drehkegelventil

Diese Option ist derzeit noch nicht implementiert, wobei die Auslegung ähnlich verläuft.