VDI VDE 3844-2014 Industrial process control valves - Actuators for control valves.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DER ELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKStellgerte fr strmende StoffeStellantriebe zur Bettigung von StellgliedernIndustrial process control valvesActuators for control valvesVDI/VDE 3844Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch Automatisieru

2、ngstechnikVDI/VDE-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V., Dsseldorf 2014Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedICS 23.0

3、60.40, 25.040.40Januar 2014 January 2014Frhere Ausgabe: 02.12, Entwurf deutschFormeredition: 02/12, Draft, in German onlyInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Normativ

4、e Verweise . . . . . . . . . . . . . . 33 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Bauarten von Stellantrieben . . . . . . . . . . 65.1 Pneumatische Stellantriebe . . . . . . . . . 65.2 Pneumatische Membran-Stellantriebe . . . 105.3 Pne

5、umatische Kolbenantriebe mit linearer Bewegung . . . . . . . . . . . . . 105.4 Pneumatische Schwenkantriebe . . . . . . 125.5 Elektromechanische Stellantriebe . . . . . 145.6 Elektrische Linearantriebe . . . . . . . . . 155.7 Elektrische Drehantriebe . . . . . . . . . . 155.8 Elektrische Schwenkantr

6、iebe . . . . . . . . 155.9 Elektro-hydraulische Stellantriebe . . . . . 176 Sicherheitsstellung . . . . . . . . . . . . . . . 187 Stellzeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197.1 Pneumatisch bettigte Stellventile . . . . . 19 7.2 Elektrisch bettigte Stellventile. . . . . . . 207.3 Elektrohy

7、draulisch bettigte Stellventile. . 208 Stellkrfte bei Stellhubventilen . . . . . . . . 208.1 Grundstzliche Anforderungen . . . . . . . 208.2 Krfte an der Armatur. . . . . . . . . . . . 218.3 Erforderliche Antriebskraft bei Anstrmung gegen die Schlierichtung . . 238.4 Erforderliche Antriebskraft bei

8、Anstrmung in Schlierichtung . . . . . . 258.5 Erforderliche Antriebskraft an Stellventilen mit Druckentlastung . . . . . 26Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 N

9、ormative references . . . . . . . . . . . . . 33 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 44 Symbols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Actuator designs . . . . . . . . . . . . . . . . 65.1 Pneumatic actuators . . . . . . . . . . . . 65.2 Pneumatic diaphragm actuators . . . . . . 105

10、.3 Pneumatic piston actuators with linear movement . . . . . . . . . . . . . . . 105.4 Pneumatic part-turn actuators . . . . . . . . 125.5 Electromechanical actuators. . . . . . . . . 145.6 Electric linear actuators . . . . . . . . . . . 155.7 Electric multi-turn actuators . . . . . . . . . 155.8 El

11、ectric part-turn actuators . . . . . . . . . 155.9 Electrohydraulic actuators . . . . . . . . . . 176 Safety position . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Stroking times . . . . . . . . . . . . . . . . . 197.1 Pneumatically actuated control valves . . . 19 7.2 Electrically actuated control valves .

12、 . . . . 207.3 Electrohydraulically actuated control valves 208 Actuating forces with control globe valves. . 208.1 Basic requirements . . . . . . . . . . . . . . 208.2 Forces at the valve . . . . . . . . . . . . . . 218.3 Actuating force required with flow against the closing direction . . . . . .

13、238.4 Actuating force required with flow in the closing direction . . . . . . . . . 258.5 Actuating force required at control valves with pressure balanced trim . . . . . . . . . 26Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authorita

14、-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachbereich Mechatronik, Robotik und AktorikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF8CD9NormCD - Stand 2014-02Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.

15、V., Dsseldorf 2014 2 VDI/VDE 3844Seite8.6 Antriebsauslegung fr Drei-Wege-Stellventile . . . . . . . . . . . 288.7 berprfung der Regelgte von pneumatisch bettigten Stellventilen. . . . 289 Auslegung von elektrischen Drehantrieben fr Stellhubventile . . . . . . . . . . . . . . . 299.1 Bestimmung der G

16、re der Schubeinheit . 299.2 Ermittlung der Antriebsdrehzahl . . . . . . 3010 Bemessung von Antrieben fr Stellventile mit drehend bewegtem Drosselkrper . . . 3011 Zulssige Belastung der kraftbertragenden Teile . . . . . . . . . . . 3112 Funktionsprfung und Abnahme . . . . . . 31Schrifttum . . . . . .

17、 . . . . . . . . . . . . . . . 33VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vo

18、llstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, se

19、i gedankt.EinleitungStellantriebe in Kombination mit dem angebauten Zubehr haben die Aufgabe, das vom Regler oder Prozessleitsystem kommende Stellsignal in eine Hub- oder Schwenkbewegung zur Bettigung des Stellglieds umzuwandeln. Durch die Bewegung des Drosselkrpers wird der Durchfluss und damit die

20、 Prozessvariable verndert. Abhngig von der Anwendung und der vorhandenen Hilfsenergie werden die Stellglieder pneumatisch, elektrisch oder elektro-hydraulisch bettigt.Um das betriebliche Verhalten eines Stellgerts beur-teilen zu knnen, ist die Kenntnis folgender Einzelei-genschaften Voraussetzung: d

21、as Verhalten des Stellglieds (Armatur), Page8.6 Actuator design for three-way control valves. . . . . . . . . . . . . . . . . 288.7 Checking the control quality of pneumatically actuated control valves . . . 289 Design of elektric multi-turn actuators for control globe valves . . . . . . . . . . . .

22、 299.1 Sizing the thrust unit. . . . . . . . . . . . . 299.2 Determining the drive speed. . . . . . . . . 3010 Sizing actuators for control valves with a rotating closure memberr . . . . . . . . . 3011 Permissible loading of force-transfer components. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3112 Function

23、testing and acceptance . . . . . . 31Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Preliminary noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,

24、 reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien).

25、We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.IntroductionActuators in combination with the accessories have the job of converting the actuating signal coming from the controller or process control system into a linear or rotational movement in order to operate the

26、control valve. As a result of the movement of the clo-sure member the flowrate is modified and thus the process variables. Depending on the application and the auxiliary power available, the control valves are operated pneumati-cally, electrically or electrohydraulically.Before the operational behav

27、iour of a control valve can be assessed a knowledge of the following individ-ual aspects is required: the behaviour of the final controlling element (valve),B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF8CD9NormCD - Stand 2014-02All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI/VD

28、E 3844 3 des Stellantriebs und des Stellungsreglers.In der vorliegenden Richtlinie werden allgemeingl-tige Berechnungsmethoden, Empfehlungen und An-forderungen an pneumatische, elektrische und elek-tro-hydraulische Antriebe festgelegt, die fr einen zuverlssigen und sicheren Betrieb in industriellen

29、Anlagen Voraussetzung sind. Auf die Untersuchung von Funktion und Leistung des Stellglieds und des Stellungsreglers wird in die-ser Richtlinie nicht nher eingegangen. Diese werden in den unten angefhrten Richtlinien und Normen be-handelt.Diese Richtlinie wurde erarbeitet vom Fachausschuss Stellgerte

30、 fr strmende Stoffe“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik. 1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie gibt eine Hilfestellung fr die Aus-wahl eines geeigneten Antriebprinzips und gilt fr die Ermittlung der erforderlichen Stellkraft von pneu-matischen, elektrischen oder elektro-hydraul

31、ischen Stellantrieben. Antriebsseitig sind alle Voraussetzun-gen fr eine gute Regelung erfllt, wenn jede Posi-tion mit der Genauigkeit und in der Zeit erreicht wird, die ein stabiler Regelkreis erfordert.Sind Herstellerangaben verfgbar, sind diese der hier allgemein gehaltenen Berechnungsmethode vor

32、zu-ziehen.Stellgerte mit ausschlielich manueller Bettigung und Antriebe, die fester Bestandteil der Armaturen-konstruktion sind, sind nicht Gegenstand dieser Richtlinie.2 Normative Verweise / Normative referencesDie folgenden zitierten Dokumente sind fr die An-wendung dieser Richtlinie erforderlich:

33、 / The following referenced documents are indispensa-ble for the application of this standard:Richtlinie 94/9/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 23. Mrz 1994 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten fr Gerte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemen Verwendung in explosio

34、nsgefhrdeten Bereichen Richtlinie 97/23/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 29. Mai 1997 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten ber Druckgerte Richtlinie 1999/92/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 1999 ber Min-destvorschriften zur Verbesserun

35、g des Gesund-heitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitneh-mer, die durch explosionsfhige Atmosphren ge-fhrdet werden knnen (Fnfzehnte Einzelrichtli-nie im Sinne von Artikel 16 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EWG)Richtlinie 2002/95/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 27. Januar 2003 zur

36、Beschrn-kung der Verwendung bestimmter gefhrlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgerten the behaviour of the actuator and the behaviour of the positioner.The present standard provides general calculation methods, recommendations and requirements appli-cable to pneumatic, electric and electrohydra

37、ulic ac-tuators which are a necessary condition for safe and reliable operation in industrial installations. An examination of the function and performance of the actuator and of the positioner will not form part of this standard. These are dealt with in the standards and standards listed below. Thi

38、s standard has been prepared by the “Industrial process control valves” technical committee of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control.1 ScopeThis standard serves to provide assistance in the se-lection of a suitable actuating principle and applies to the determination of the actua

39、ting force which pneu-matic, electric or electrohydraulic actuators should deliver. All of the requirements for good control will be met on the actuator side when every position is ar-rived at with the precision and in the time which a sta-ble control loop demands.If manufacturer information is avai

40、lable, preference should be given to this over the calculation method presented here which has been kept general.This standard does not cover control valves with ex-clusively manual actuation or actuators which are a fixed component of the valve structure.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF8C

41、D9NormCD - Stand 2014-02Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 4 VDI/VDE 3844Richtlinie 2006/42/EG des Europischen Parlaments und des Rates vom 17. Mai 2006 ber Maschinen und zur nderung der Richtlinie 95/16/EG (Neufassung) DIN EN 15 714 Industriearmaturen; Antriebe

42、; Deut-sche Fassung EN 15 714 (Industrial valves; Actua-tors; German version EN 15714)DIN EN 60 534-4:2007-06 Stellventile fr die Pro-zessregelung; Teil 4: Abnahme und Prfungen (IEC 60 534-4:2006); Deutsche Fassung EN 60 534-4:2006 (Industrial-process control valves; Part 4: Inspection and routine t

43、esting (IEC 60 534-4:2006); German version EN 60 534-4: 2006)DIN EN 60 534-7:2011-08 Stellventile fr die Pro-zessregelung; Teil 7: Datenblatt fr Stellventile (IEC 60 534-7:2010); Deutsche Fassung EN 60 534-7:2010 (Industrial-process control valves; Part 7: Control valve data sheet (IEC 60 534-7:2010

44、); German version EN 60 534-7:2010)DIN EN 60 534-9:2008-06 Stellventile fr die Pro-zessregelung; Teil 9: Prfverfahren zur Bestim-mung des Verhaltens von Stellventilen bei Sprung-funktionen (IEC 60 534-9:2007); Deutsche Fas-sung EN 60 534-9:2007 (Industrial-process con-trol valves; Part 9: Test proce

45、dure for response measurements from step inputs (IEC 60 534-9: 2007); German version EN 60 534-9:2007)DIN EN 61 514:2002-11 Systeme der industriellen Prozessleittechnik; Methoden der Beurteilung des Betriebsverhaltens von Ventilstellungsreglern mit pneumatischen Ausgngen (IEC 61 514:2000); Deutsche

46、Fassung EN 61 514:2002 (Industrial-process control systems; Methods of evaluating the performance of valve positioners with pneu-matic outputs (IEC 61 514:2000); German version EN 61 514:2002)DIN EN 61 514-2:2011-08 Systeme der industriellen Prozessleittechnik; Teil 2: Verfahren zur Bewer-tung des B

47、etriebsverhaltens von intelligenten Ven-tilstellungsreglern mit pneumatischem Ausgang (IEC 65B/766/CDV:2011); Deutsche Fassung FprEN 61 514-2:2011 (Industrial Process Control Systems; Part 2: Methods of evaluating the per-formance of intelligent valve positioners with pneumatic outputs (IEC 65B/766/

48、CDV:2011); German version FprEN 61 514-2:2011)VDI/VDE 2173:2007-09 Strmungstechnische Kenngren von Stellventilen und deren Bestim-mung (Fluidic characteristic quantities of control valves and their determination)VDI/VDE 2178:2009-07 Strmungstechnische Kenngren von Hhnen mit Stell- und Rege-lungsfunk

49、tion und deren Bestimmung (Fluidic characteristic quantities of quarter turn valves and their determination)3 BegriffeFr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Be-griffe nach DIN EN 1349, DIN EN 60 534-1, DIN EN 60 534-4, DIN EN 60 534-9 und DIN EN 15 714-1 und die folgenden Begriffe:Antriebskraft (FA)Kraft, die vom Stellantrieb aufgebracht wird.Anmerkung: Die Antriebskraft muss grer sein als die Summe der maximalen entgege