Actuateurs_des_valves_E11.pdf

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Actuateurs des valves

Juillet 2011

Dimensionnement Un des problmes auquel fait face celui

ou celle qui fait la slection des valves,cest le choix de lactuateur qui dplacela tige de manuvre.


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LES FORCES QUE LACTUATEUR

DOIT COMBATTRE

Quelles sont les forces en prsences ?

Les forces en prsence Forces statiques:

Force de dsquilibre; Force sur la tige; Force de frottement.

Forces dynamiques: Rsultent de lcoulement du liquide.


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Force de dsquilibre

Forces sur le clapet:AS

AP

Force de dsquilibre Force de dsquilibre:

Paramtres: Ap = aire du piston; As = aire de la tige; dP = P1-P2; Kh = Coefficient de force.

F K pA P Ah p s= 2


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Force sur la tige

Pour assurer ltanchit de la valve, ilfaut que lactuateur pousse le clapetcontre le sige avec une certaine force.

Force sur la tige Pour une tanchit de classe II (valve

en mtal): 20 livres par pouce linaire (circonfrence);

Pour une tanchit de classe IV (valve

en mtal): 80 livres par pouce linaire (circonfrence).


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Force sur la tige

Pour TFE: 30 livres par pouce linaire plus 22 livres

par pouce linaire par 100 psi de diffrencede pression (maximum de 400 psi).

Force de frottement Force de frottement de la tige de

manuvre sur les garnitures.

Dans les valves billes, frottement de la

bille sur les parois du sige.


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Force de frottement

Pour les garnitures en V en TFE, lefrottement est gal 100 x le diamtrede la tige (en pouces).

Pour les garnitures en graphite, lefrottement est gal 350 x le diamtrede la tige (en pouces).

Forces dynamiques Les forces dynamiques sont causes par

les mouvements du liquide.

Le comportement est trs variable dunevalve lautre et difficile dcrire.


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Force dynamique valve ouverturerapide

Dbit du liquide ouvre la valve (flow toopen).

Le dbit aide louverture !

Force dynamique valve ouverture

rapide

Dbit du liquide ferme la valve (flow toclose).

Le dbit rendlouverture plusdifficile quelexempleprcdent !


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Force dynamique valve ouverturerapide (double port)

Dbit du liquide moins deffet.

Force dynamique valve papillon Notez la chute du couple aprs un

sommet entre 60 et 90 degrs.


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La stabilit est importante

Il faut sassurerque lensembledes forces au seinde la valve et deson actuateurrsulte en unsystme stable. Compense la somme desforces spring+fluid

Deux ouvertures de valvepossibles pour une pression dansle diaphragme = DANGER !!!

EXEMPLE


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Exemple dun choix dactuateur

La valve commander possde lescaractristiques suivantes: Diamtre de 2 pouces; Robinet soupape (globe valve) cage

guide; Sige en mtal;

Orifice simple; Non balance; coulement ouvre la valve (flow to open).

Exemple dun choix dactuateur La valve commander possde les

caractristiques suivantes: Garniture: anneau en V en TFE;

Course de la tige de manoeuvre de 1 1/8pouce;

Diamtre de la tige de manoeuvre de po;

Diamtre du sige de 2 5/16 pouces;


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Exemple dun choix dactuateur

La valve commander possde lescaractristiques suivantes: Coefficients de force Kh:

Ouverture = -0.16; Fermeture = -1.00;

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

Choix prliminaire Pour une valve de 2 pouces, on

recommande un actuateur pneumatiqueayant un diaphragme dune surface de69 pouces carrs.

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

et 460 lbs/po.


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Analysons maintenant les forces

en jeu dans cette combinaisonvalve/actuateur

Effet du frottement Amplitude de la force de frottement est

100 fois le diamtre de la tige demanoeuvre.

Ainsi, cette force est 100x = 50 livres.

Cette force soppose toujours aumouvement.


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Force de dsquilibre

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

Pour louverture:

F K pA P A

lbs

h p s=

=

=

2

0 16 40 25 4 20 25 0 20

15

. ( ) . ( . )

Force de dsquilibre Surface du sige: 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

. ( ) . ( . )


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Force ncessaire pour ltanchit

Pour une tanchit de classe II, il faut20 lbs/po linaire du sige. Circonfrence du sige = 7.26 pouces; Force louverture = 0 lbs;

Logique car on ouvre la valve

Force la fermeture = -145 lbs.

Bilan: OuvertureFrottement + 50 lbs

Dsquilibre - 15 lbs

tanchit 0 lbs

Diaphragme (3psig) +207 lbs

Ressort (275 lb/po) - x lbs

Somme 242 x lbs

x doit tre gal 242 livres (ajustement du ressort)

Ressort de

275 lbs/po.


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Bilan: Fermeture

Frottement - 50 lbs

Dsquilibre - 170 lbs

tanchit - 145 lbs

Diaphragme (? psig) + z lbs

Ressort (275 lb/po) - 552 lbs

Somme - 917 + z lbs

z doit tre gal 917 livres 13.28 psig

Ressort de275 lbs/po.


Dsquilibre - 15 lbs

tanchit 0 lbs



Somme 242 x lbs


Ressort de

370 lbs/po.


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Bilan: Fermeture

Frottement - 50 lbs


tanchit - 145 lbs



Somme - 1024 + z lbs

z doit tre gal 1024 livres 14.84 psig



Dsquilibre - 15 lbs

tanchit 0 lbs



Somme 242 x lbs


Ressort de

460 lbs/po.


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Bilan: Fermeture

Frottement - 50 lbs


tanchit - 145 lbs



Somme - 1125 + z lbs

z doit tre gal 1125 livres 16.3 psig > 15 psig !


Choix de lactuateur de la valve Choix prliminaire correct.

Choix du ressort de 370 livres/poucedonne une course de 3 14.84 psig. On vise 3 15 psig


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Bilan au dbut du mouvement defermeture

Pression requise pour entamer lemouvement de fermeture: 4.45 psig.

/69 po2

Bilan au contact avec le sige

Pression requise lors du contactavec le sige en fermeture: 12.74 psig.

/69 po2


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Bilan au dbut du mouvementdouverture

Pression requise pour entamer lemouvement douverture: 11.29 psig.

/69 po2

Bilan pression en fonction de

louverture de la valve


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Annexes

Force appliquer vs classe

dtanchit


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