Auswahlhilfe für elektrische Ventilantriebe: Beachten Sie diese fünf Punkte

Ein elektrischer Ventilantrieb ist ein mechanisches Gerät, das elektrische Energie als primäre Energiequelle zum Antrieb eines Ventils nutzt. Die Auswahl des richtigen elektrischen Stellantriebs ist von entscheidender Bedeutung, da eine falsche Auswahl dazu führen kann, dass das Ventil nicht ordnungsgemäß funktioniert. Der Auswahlprozess sollte die folgenden fünf Aspekte berücksichtigen.

1. Bestimmen Sie den Steuerungsmodus basierend auf den Anforderungen der Prozesssteuerung

Elektrische Stellantriebe werden im Allgemeinen in zwei Hauptsteuerungsmodi eingeteilt: Ein-Aus (Steuerung mit offenem Regelkreis) und modulierend (Steuerung mit geschlossenem Regelkreis).

1.1 Ein-Aus-Typ (Steuerung mit offenem Regelkreis)

Elektrische Ein-Aus-Stellantriebe steuern das Ventil entweder in die vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Position, ohne dass eine präzise Durchflussregelung erforderlich ist. Insbesondere können elektrische Ein-Aus-Stellantriebe weiter in geteilte und integrierte Strukturen unterteilt werden, die bei der Auswahl klar spezifiziert werden müssen, um Fehlanpassungen mit dem Steuerungssystem während der Installation zu vermeiden.

a) Split-Typ-Struktur

Im Allgemeinen als konventioneller Typ bezeichnet, bei dem die Steuereinheit und der elektrische Aktuator getrennt sind. Der Antrieb selbst kann das Ventil nicht selbstständig steuern und erfordert eine externe Steuereinheit, typischerweise in Form einer Steuerung oder eines Schaltschranks.

Nachteile: Umständliche Systemintegration, höherer Verkabelungs- und Installationsaufwand und höhere Fehleranfälligkeit. Wenn Störungen auftreten, können Fehlerbehebung und Reparaturen kompliziert sein, was diese Option weniger kosteneffektiv macht.

b) Integrierte Struktur

Wird oft als „All-in-One“-Typ bezeichnet, bei dem die Steuereinheit und der elektrische Aktuator in einem einzigen Paket integriert sind. Es ist keine externe Steuereinheit erforderlich und der Stellantrieb kann lokal bedient werden, wobei für die Fernbedienung nur grundlegende Steuersignale erforderlich sind.

Vorteile: Einfache Systemintegration, reduzierter Verkabelungs- und Installationsaufwand sowie einfachere Fehlerdiagnose und Fehlerbehebung. Herkömmliche integrierte Aktuatoren weisen jedoch auch Mängel auf, was zur Entwicklung intelligenter elektrischer Aktuatoren führt, auf die später eingegangen wird.

1.2 Modulierender Typ (Regelung mit geschlossenem Regelkreis)

Modulierende elektrische Stellantriebe verfügen nicht nur über eine integrierte Struktur wie Auf-Zu-Stellantriebe, sondern ermöglichen auch eine präzise Steuerung der Ventilposition und des Mediumdurchflusses. Nachfolgend sind die wichtigsten Parameter aufgeführt, die bei der Auswahl eines modulierenden elektrischen Stellantriebs angegeben werden müssen:

a) Steuersignaltyp (Strom, Spannung)

Zu den gängigen Steuersignalen gehören Stromsignale (4–20 mA, 0–10 mA) und Spannungssignale (0–5 V, 1–5 V). Bei der Auswahl müssen Art und Parameter des Steuersignals klar angegeben werden.

b) Betriebsart (Power-to-Open, Power-to-Close)

Modulierende elektrische Stellantriebe arbeiten typischerweise entweder im Power-to-Open- oder Power-to-Close-Modus.

Beispiel: In einem 4–20-mA-Steuerungssystem:

• Power-to-Open: 4 mA entsprechen dem geschlossenen Ventil, 20 mA entsprechen dem geöffneten Ventil.

• Power-to-Close: 4 mA entspricht dem offenen Ventil, 20 mA entspricht dem geschlossenen Ventil.

Die Betriebsart sollte klar definiert sein, da manche Produkte nach der Herstellung nicht mehr verändert werden können. Die intelligenten elektrischen Stellantriebe von COVNA ermöglichen jedoch eine Konfiguration vor Ort, um jederzeit zwischen den Modi zu wechseln.

c) Ausfallsichere Positionierung

Die ausfallsichere Positionierung bestimmt die Position des Ventils, wenn das Steuersignal aufgrund eines Verkabelungsfehlers oder anderer Probleme verloren geht. Zu den gängigen ausfallsicheren Optionen gehören:

• Vollständig geöffnet

• Vollständig geschlossen

• Letzte Position halten

Bei vielen Stellantrieben ist eine Änderung der Fail-Safe-Einstellungen nach der Herstellung nicht möglich. Die intelligenten elektrischen Stellantriebe von COVNA ermöglichen jedoch eine flexible Konfiguration vor Ort und können auf jede gewünschte ausfallsichere Position eingestellt werden.

2. Bestimmen Sie das erforderliche Drehmoment anhand des Betriebsdrehmoments des Ventils

Das zum Betätigen des Ventils erforderliche Drehmoment bestimmt die Drehmomentnennleistung des elektrischen Stellantriebs. Dieser Wert wird normalerweise vom Ventilhersteller bereitgestellt. Da die Bearbeitungspräzision und Montagequalität verschiedener Ventilhersteller unterschiedlich ist, kann der Drehmomentbedarf auch bei Ventilen gleicher Größe und gleicher Spezifikation unterschiedlich sein.

Die Auswahl eines Stellantriebs mit unzureichendem Drehmoment kann dazu führen, dass das Ventil nicht vollständig geöffnet oder geschlossen wird. Daher ist es wichtig, einen elektrischen Stellantrieb mit einem angemessenen Nenndrehmomentbereich zu wählen, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

3. Wählen Sie den elektrischen Stellantrieb basierend auf dem Ventiltyp aus

Verschiedene Arten von Ventilen funktionieren nach unterschiedlichen Prinzipien, beispielsweise einer Drehbewegung oder einer linearen Bewegung, und der Aktuator muss entsprechend ausgewählt werden.

3.1 Elektrische Schwenkantriebe (Drehung < 360°)

Diese Stellantriebe verfügen über eine Abtriebswelle, die sich weniger als eine volle Umdrehung (normalerweise 90°) dreht, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen. Sie werden in zwei Installationstypen eingeteilt:

a) Direktmontagetyp: Die Ausgangswelle des Stellantriebs ist direkt mit der Ventilspindel verbunden.

b) Basis- und Hebeltyp: Die Ausgangswelle des Stellantriebs ist über einen Hebelmechanismus mit der Ventilspindel verbunden. Dieser Typ wird üblicherweise für Absperrklappen, Kugelhähne und Kükenhähne verwendet.

3.2 Multiturn-Elektroantriebe (Rotation > 360°)

Diese Stellantriebe erfordern mehrere volle Umdrehungen, um das Ventil vollständig zu öffnen oder zu schließen. Sie werden hauptsächlich für Absperrschieber und Durchgangsventile verwendet.

3.3 Lineare elektrische Aktuatoren (Linearbewegung)

Diese Aktuatoren sorgen für eine lineare Bewegung anstelle einer Rotation. Sie werden typischerweise für Einsitz-Steuerventile, Doppelsitz-Steuerventile und ähnliche Anwendungen verwendet.

4. Wählen Sie den Gehäuseschutz und die Explosionsschutzklasse basierend auf der Anwendung

a) IP-Schutzart: Gibt den Grad des Schutzes gegen Staub und Wasser an.

b) Explosionsschutzklasse: Erforderlich für gefährliche Umgebungen, in denen explosive Gase oder Staub vorhanden sein können.

5. Bestimmen Sie die elektrischen Parameter basierend auf dem ausgewählten Aktuator

Verschiedene Aktuatorhersteller bieten unterschiedliche elektrische Parameter an, die bei der Auswahl sorgfältig spezifiziert werden müssen, um Fehlanpassungen zu vermeiden, die zu Systemausfällen führen könnten, wie z. B. dem Auslösen von Leistungsschaltern oder durchgebrannten Sicherungen. Zu den wichtigsten elektrischen Parametern gehören:

• Nennleistung des Motors

• Nennstrom

• Spannung des sekundären Steuerkreises

Abschluss

Damit ist die heutige Diskussion über die Auswahl elektrischer Ventilantriebe abgeschlossen. Die Auswahl des richtigen Stellantriebs erfordert das Verständnis von Steuermodi, Drehmomentanforderungen, Ventilkompatibilität, Umgebungsbedingungen und elektrischen Parametern.

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