バルブアクチュエーターの紹介

バルブアクチュエーター

バルブ アクチュエータは、バルブの操作に必要なトルクや自動作動の必要性など、多くの要因に基づいて選択されます。アクチュエータの種類には、手動ハンドホイール、手動レバー、電気モーター、空気圧、ソレノイド、油圧ピストン、自己作動型などがあります。手動ハンドホイールとレバーを除くすべてのアクチュエータは自動作動に適応します。

手動アクチュエータ、固定アクチュエータ、ハンマーアクチュエータ
手動アクチュエータはバルブを任意の位置に配置できますが、自動操作はできません。最も一般的なタイプの機械式アクチュエータはハンドホイールです。巻軸に固定されたハンドル、ハンマハンドル、ギアを介してステムに接続されたハンドルなどがあります。

ステムに固定されたハンドル
右側の図に示されているように、ステムに固定されたハンドルは、ホイールの機械的な利点のみを提供します。これらのバルブが高い動作温度にさらされると、バルブが固着して動作が困難になります。

ハンマーハンドル
画像に示されているように、ハンマー ハンドホイールは回転の一部を自由に移動し、二次ホイールのラグに当たります。二次ホイールはバルブステムに取り付けられています。この構成により、バルブを強く閉めてしっかり閉めたり、閉じたままになっている場合は強く開いたりすることができます。

手動ギアボックス

手動操作のバルブに追加の機械的利点が必要な場合は、画像に示すように、バルブのボンネットに手動操作のギアヘッドが取り付けられます。ピニオンシャフトに取り付けられた特別なレンチまたはハンドホイールを使用すると、ギアの利点がなければ 2 人が必要な場合でも 1 人でバルブを操作できます。バルブステムが1回転するのにピニオンを数回転させる必要があるため、大型バルブの作動時間は異常に長くなります。ピニオンシャフトに接続されたポータブルエアモーターを使用すると、バルブの動作時間が短縮されます。

手動ギアボックス

手動操作のバルブに追加の機械的利点が必要な場合は、画像に示すように、バルブのボンネットに手動操作のギアヘッドが取り付けられます。ピニオンシャフトに取り付けられた特別なレンチまたはハンドホイールを使用すると、ギアの利点がなければ 2 人が必要な場合でも 1 人でバルブを操作できます。バルブステムが1回転するのにピニオンを数回転させる必要があるため、大型バルブの作動時間は異常に長くなります。ピニオンシャフトに接続されたポータブルエアモーターを使用すると、バルブの動作時間が短縮されます。

電動モーターアクチュエーター

電気モーターにより、バルブの手動、半自動、および自動操作が可能になります。モーターは主に開閉機能に使用されますが、下の図に示すように、バルブを任意の開口部に位置決めすることができます。モーターは通常、ギアトレインを介して接続されたリバーシブルの高速タイプで、モーター速度を低下させ、それによってステムのトルクを増加させます。モーターの回転方向によってディスクの動きの方向が決まります。
モーターが制御システムによって始動される場合と同様に、電気的作動は半自動にすることができます。歯車列に係合できるハンドホイールにより、バルブを手動で操作できます。通常、バルブ全開および全閉位置でモーターを自動的に停止させるためにリミットスイッチが設けられています。リミット スイッチは、バルブの位置によって物理的に、またはモーターのトルクによってねじれによって操作されます。

油圧アクチュエータ

油圧アクチュエータは、空気圧アクチュエータと同様に、バルブの半自動または自動位置決めを行います。これらのアクチュエータはピストンを使用して信号圧力をバルブステムの動きに変換します。油圧流体はピストンのどちらかの側に供給され、もう一方の側は排出または排出されます。作動油には水または油が使用されます。ソレノイドバルブは通常、バルブの開閉を指示する作動油の自動制御に使用されます。手動バルブは作動油の制御にも使用できます。したがって、半自動操作が可能になります。

自動作動バルブ

自己作動バルブは、システム流体を使用してバルブを位置決めします。自動作動弁の例としては、リリーフ弁、安全弁、逆止弁、スチームトラップなどがあります。これらのバルブはすべて、システム流体の何らかの特性を使用してバルブを作動させます。これらのバルブの動作には、システム流体エネルギーの外部に動力源は必要ありません。

シングルソレノイドバルブソレノイドが非通電状態のバルブの位置に応じて、フェールオープンまたはフェールクローズと呼ばれます。フェールオープン ソレノイド バルブは、スプリングの圧力によって開き、ソレノイドに通電することによって閉じます。フェールクローズドソレノイドバルブは、スプリングの圧力によって閉じられ、ソレノイドに通電することによって開きます。ダブルソレノイドバルブは通常、「そのままでは」故障します。つまり、両方のソレノイドが非通電の場合、バルブ位置は変化しません。
ソレノイド バルブの用途の 1 つは、空気圧バルブ アクチュエータに空気を供給するために使用される空気システムなどです。ソレノイド バルブは、空気圧アクチュエータへの空気供給を制御し、したがって空気圧作動バルブの位置を制御するために使用されます。

パワーアクチュエータの速度

プラントの安全性を考慮して、特定の安全関連バルブのバルブ速度が決まります。システムを非常に迅速に遮断または開放する必要がある場合、非常に高速なバルブ作動が必要となります。バルブを開くと高温のシステムに比較的冷たい水が注入される場合、熱衝撃を最小限に抑えるためにゆっくりと開く必要があります。工学設計では、速度と電力の要件、およびアクチュエータへのエネルギーの利用可能性に基づいて、安全関連バルブのアクチュエータを選択します。

一般に、最も速い作動は、油圧、空気圧、およびソレノイドのアクチュエータによって実現されます。ただし、ソレノイドは、サイズと電力要件が過剰になるため、大型バルブには実用的ではありません。また、油圧および空気圧アクチュエータには、油圧または空気圧エネルギーを提供するシステムが必要です。いずれの場合でも、作動速度は、油圧または空圧ラインに適切なサイズのオリフィスを取り付けることによって設定できます。場合によっては、バルブはバネ圧によって閉じられ、バルブを開いた状態に維持するための油圧または空気圧が反発します。

電気モーターは比較的高速に作動します。実際のバルブ速度は、モーター速度とギア比の組み合わせによって設定されます。この組み合わせを選択すると、約 2 秒から数秒の範囲内でバルブの全移動量を実現できます。

バルブ位置表示

オペレーターは、プラントの知識に基づいた操作を可能にするために、特定のバルブの位置の指示を必要とします。このようなバルブの場合、バルブが開いているか閉じているかを示すポジション ライトの形でリモート バルブ位置表示が提供されます。リモートバルブ位置表示回路は、ステムとディスクの位置、またはアクチュエータの位置を感知する位置検出器を使用します。位置検出器のタイプの 1 つは機械式リミット スイッチであり、バルブの動きによって物理的に操作されます。

もう 1 つのタイプは、磁気コアの動きを感知する磁気スイッチまたは変圧器で、バルブの動きによって物理的に操作されます。

ローカルバルブ位置表示とは、バルブ位置を示す視覚的に識別可能なバルブの特性を指します。上昇ステムバルブ位置はステム位置で示されます。ノンライジングステムバルブには、バルブの動作と同時にバルブアクチュエータによって操作される小さな機械式指針が付いている場合があります。動力作動バルブには通常、ローカルのバルブ位置を示す機械式ポインタが付いています。一方で、位置表示機能を持たないバルブもあります。

バルブアクチュエータの概要

• 手動アクチュエータは、最も一般的なタイプのバルブ アクチュエータです。手動アクチュエータには、バルブステムに直接取り付けられたハンドホイールと、機械的な利点を提供するギアを介して取り付けられたハンドホイールが含まれます。
• 電動モーターアクチュエーターは、回転速度を低下させ、トルクを増加させる歯車列を介してバルブステムに接続された可逆電動モーターで構成されています。
• 空気圧アクチュエータは、ダイヤフラムの片側または両側に空気圧を使用して、バルブを位置決めする力を提供します。
• 油圧アクチュエータは、ピストンの片側または両側で加圧液体を使用して、バルブの位置決めに必要な力を提供します。
• ソレノイド アクチュエータには、バルブ ステムに磁気スラグが取り付けられています。バルブを位置決めする力は、バルブステム上のスラグとバルブアクチュエーター内の電磁石のコイルの間の磁気吸引力から発生します。