หน้าแรก / ข่าว / การเลือกใช้แอคชูเอเตอร์และการกำหนดขนาดวาล์ว: วิธีการคำนวณทางวิศวกรรม
  • หมวดหมู่

การเลือกใช้แอคชูเอเตอร์และการกำหนดขนาดวาล์ว: วิธีการคำนวณทางวิศวกรรม

การกำหนดขนาดวาล์วควบคุมและการเลือกใช้แอคชูเอเตอร์: คู่มือการคำนวณทางวิศวกรรมฉบับสมบูรณ์

เรียนรู้การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ความแปรปรวน (CV) การวิเคราะห์แรงขับ และการกำหนดขนาดแอคทูเอเตอร์สำหรับงานควบคุมกระบวนการ ประกอบด้วยสูตรทางเทคนิค ตัวอย่างการใช้งาน และวิธีการเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในภาคสนาม.

1. หลักการพื้นฐานของค่าสัมประสิทธิ์การไหล (Cv) ของวาล์วควบคุม

เดอะ สัมประสิทธิ์การไหล Cv เป็นการวัดปริมาณความสามารถในการส่งผ่านของของเหลวของวาล์วควบคุม โดยกำหนดไว้ที่สภาวะมาตรฐาน: น้ำอุณหภูมิ 60°F ความดันลดลง 1 psi วัดอัตราการไหลเป็นแกลลอนสหรัฐต่อนาที วิศวกรที่ทำงานร่วมกับ ฟิชเชอร์ และแบรนด์วาล์วอุตสาหกรรมอื่นๆ อาศัยการคำนวณค่า Cv ที่แม่นยำเพื่อการเลือกขนาดที่เหมาะสม.

คำจำกัดความมาตรฐาน: Cv = Q × √(SG/ΔP)

โดยที่ Q = อัตราการไหล (แกลลอนสหรัฐ/นาที), SG = ความหนาแน่นสัมพัทธ์ (น้ำ = 1.0), ΔP = ความดันลดลง (psi)

1.1 การแปลงค่า Cv เป็น Kv

มาตรฐาน เงื่อนไข หน่วย
ประวัติย่อ (สหรัฐอเมริกา) ΔP = 1 psi, น้ำที่อุณหภูมิ 60°F แกลลอนสหรัฐ/นาที
กิโลโวลต์ (เมตริก) ΔP = 1 บาร์, น้ำที่อุณหภูมิ 5-30°C ม³/ชม.

การแปลง: Cv = 1.156 × Kv

2. การคำนวณค่า Cv ของของเหลว

2.1 สูตรพื้นฐาน (การไหลแบบไม่ติดขัด)

Cv = Q × √(SG / ΔP)

2.2 การแก้ไขการไหลอุดตัน

เมื่อความดันลดลงเกินค่าวิกฤต (ความเสี่ยงต่อการเกิดการวาบไฟ/โพรงอากาศ):

Cv = Q × √(SG / (FL² × (P₁ – FF × Pv)))

พารามิเตอร์ คำอธิบาย ค่าทั่วไป
FL สัมประสิทธิ์การฟื้นตัวของความดัน 0.85-0.95 (วาล์วแบบลูกโลก)
FF ปัจจัยอัตราส่วนความดันวิกฤต 0.96-0.98
Pv ความดันไอของของเหลว (psia) ขึ้นอยู่กับของเหลว

2.3 ตัวอย่างการใช้งาน: การประยุกต์ใช้กับน้ำ

เงื่อนไขกระบวนการ:

  • ตัวกลาง: น้ำ, ความหนาแน่นสัมพัทธ์ = 1.0
  • อัตราการไหล: 100 แกลลอนสหรัฐ/นาที
  • แรงดันขาเข้า: 100 psig
  • แรงดันขาออก: 80 psig
  • ประเภทวาล์ว: วาล์วลูกโลก (Globe valve), FL = 0.9

การคำนวณ:

  1. ΔP = 100 – 80 = 20 psi
  2. ตรวจสอบการไหลที่ติดขัด: ΔPวิกฤต = 0.9² × (114.7 – 0.256) = 92.7 psi
  3. เนื่องจาก 20 psi < 92.7 psi → การไหลที่ไม่อุดตัน
  4. Cv = 100 × √(1.0 / 20) = 100 × 0.2236 = 22.4

การเลือก: เลือกวาล์วที่มีค่า Cv = 25-30 (ค่าความปลอดภัย 1.2-1.5 เท่า)

3. การคำนวณค่า Cv ของก๊าซ

3.1 การไหลต่ำกว่าจุดวิกฤต (ΔP/P₁ < 0.5)

Cv = Q / (1360 × √(ΔP × P₂ / (SG × T)))

3.2 อัตราการไหลวิกฤต (ΔP/P₁ ≥ 0.5)

Cv = Q / (834 × Fk × P₁ / √(SG × T))

ที่ Fk = k/1.4 (การแก้ไขอัตราส่วนความร้อนจำเพาะ)

3.3 ตัวอย่างการคำนวณ: ก๊าซธรรมชาติ

เงื่อนไขกระบวนการ:

  • สารตัวกลาง: ก๊าซธรรมชาติ, ความหนาแน่นสัมพัทธ์ = 0.65
  • อัตราการไหล: 5000 SCFH
  • P₁ = 164.7 psia, P₂ = 114.7 psia
  • อุณหภูมิ: 100°F (560°R)
  • k = 1.3

การคำนวณ:

  1. ΔP = 50 psi, ΔP/P₁ = 0.304 < 0.5 → ต่ำกว่าจุดวิกฤต
  2. Cv = 5000 / (1360 × √(50 × 114.7 / (0.65 × 560)))
  3. Cv = 5000 / (1360 × 3.97) = 0.93

4. การคำนวณค่า Cv ของไอน้ำ

ไอน้ำอิ่มตัว: Cv = W / (63.3 × √(ΔP × ρ))

ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง: Cv = W / (63.3 × Fช × √(ΔP × ρ))

โดยที่ W = อัตราการไหลของมวล (ปอนด์/ชั่วโมง), ρ = ความหนาแน่นของไอน้ำ (ปอนด์/ลูกบาศก์ฟุต), Fช = การแก้ไขความร้อนเกิน (1.0-1.2)

5. การคำนวณแรงขับของแอคทูเอเตอร์

5.1 แอคชูเอเตอร์ไดอะแฟรมแบบใช้ลม

F = P × Ae × η

เมื่อมีสปริง: F = P × Ae – k × x

5.2 ตัวอย่างการคำนวณ: การคำนวณแรงขับ

ข้อมูลจำเพาะของแอคชูเอเตอร์:

  • เส้นผ่านศูนย์กลางไดอะแฟรม: 200 มม.
  • สัญญาณ: 20-100 kPa
  • ประสิทธิภาพ η: 0.85

การคำนวณ:

  1. Ae = π × (0.1)² = 0.0314 ตร.ม.
  2. Fสูงสุด = 100,000 × 0.0314 = 3140 นิวตัน
  3. Fเอาต์พุต = 3140 × 0.85 = 2670 เหนือ

5.3 ข้อกำหนดแรงบิดของวาล์ว

T = K × ΔP × D³

วาล์วชนิด สัมประสิทธิ์แรงบิด K
วาล์วลูกบอล 0.05 – 0.15
วาล์วผีเสื้อ 0.10 – 0.30
วาล์วปลั๊ก 0.20 – 0.40
วาล์วลูกโลก 0.30 – 0.60

6. ขั้นตอนการเลือกแอคชูเอเตอร์

ปัจจัยด้านความปลอดภัย: SF = Fมีอยู่ / เอฟที่จำเป็น = 1.5 – 2.0

รายการตรวจสอบการคัดเลือก:

  1. กำหนดประเภทและขนาดของวาล์วจากข้อกำหนดของกระบวนการ
  2. คำนวณค่า Cv ที่ต้องการสำหรับการใช้งานกับของเหลว ก๊าซ หรือไอน้ำ
  3. คำนวณแรงบิด/แรงผลักของวาล์ว รวมถึงแรงเสียดทานของซีล
  4. เลือกประเภทของตัวขับเคลื่อน (นิวแมติก ไฟฟ้า ไฮดรอลิก)
  5. ตรวจสอบว่าเอาต์พุตของแอคชูเอเตอร์เกินความต้องการของวาล์วโดยมีปัจจัยด้านความปลอดภัย
  6. ตรวจสอบว่าเวลาในการตีจังหวะตรงตามข้อกำหนดการตอบสนองของกระบวนการหรือไม่
  7. กำหนดตำแหน่งการทำงานที่ปลอดภัย (fail-safe position) (fail-open, fail-closed, fail-last)

7. แหล่งข้อมูลการเลือกวาล์วของ Fisher

เมื่อนำการคำนวณเหล่านี้ไปใช้กับโครงการในโลกแห่งความเป็นจริง, ฟิชเชอร์ นำเสนอซอฟต์แวร์คำนวณขนาดวาล์วที่ครอบคลุมและเอกสารทางเทคนิค (ข้อความต้นฉบับไม่ชัดเจน) คู่มือการใช้งานวาล์วควบคุม ยังคงเป็นมาตรฐานอ้างอิงในอุตสาหกรรมสำหรับวิธีการคำนวณค่า Cv การวิเคราะห์การไหลอุดตัน และการทำนายเสียงรบกวน.

สำหรับงานที่ต้องการความทนทานสูง, ฟิชเชอร์ คาวิตรอล และ กระซิบ เทคโนโลยีการปรับแต่งช่วยแก้ปัญหาแรงดันตกสูงและเสียงรบกวนได้มากกว่าการคำนวณค่า Cv พื้นฐาน การจับคู่การปรับแต่งเฉพาะทางเหล่านี้กับการกำหนดขนาดที่แม่นยำช่วยให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือในระยะยาวภายใต้สภาวะกระบวนการที่ต้องการประสิทธิภาพสูง.

8. สูตรอ้างอิงฉบับย่อ

แอปพลิเคชัน สูตร หน่วย
ของเหลว (ไม่อุดตัน) Cv = Q × √(SG/ΔP) Q: แกลลอนสหรัฐต่อนาที, ΔP: ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
ก๊าซ (ต่ำกว่าจุดวิกฤต) Cv = Q/(1360×√(ΔP×P₂/(SG×T))) Q: SCFH, T: °R
ไอน้ำอิ่มตัว Cv = W/(63.3×√(ΔP×ρ)) W: ปอนด์/ชั่วโมง, ρ: ปอนด์/ลูกบาศก์ฟุต
แรงขับของแอคทูเอเตอร์ F = P × Ae × η P: Pa, A: m²
แรงบิดวาล์ว T = K × ΔP × D³ D: m, ΔP: Pa

ต้องการความช่วยเหลือเรื่องการเลือกขนาดวาล์วใช่ไหม?

YUNRUI จำหน่ายสินค้าของแท้ วาล์วควบคุมฟิชเชอร์, อุปกรณ์กำหนดตำแหน่ง และตัวขับเคลื่อนสำหรับอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตทั่วโลก วิศวกรผู้เชี่ยวชาญด้านการใช้งานของเราสามารถให้ความช่วยเหลือในการเลือกวาล์ว การคำนวณค่า Cv และการกำหนดขนาดตัวขับเคลื่อนให้เหมาะสมกับสภาวะเฉพาะของคุณได้.

ติดต่อเราได้ที่ sales@yunrui-controls.com หรือ WhatsApp +86 187 1078 4030.

หนังสือแนะนำ

อัปเดตล่าสุด: มิถุนายน 2569 

ขอใบเสนอราคา

เลื่อนขึ้นด้านบน
WhatsApp เมสเซนเจอร์ โทรศัพท์ ศูนย์ช่วยเหลือ