パネウマティック制御バルブ:産業自動化制御の鍵となる機器を実現

概要：重要な産業用自動制御機器として、空気圧制御弁は化学工業、石油、電力、冶金など多くの分野で広く使用されています。圧縮空気を動力源とし、電気バルブポジショナーとアクチュエータを組み合わせることで、パイプライン内の媒体流量や圧力などのプロセスパラメータを正確に制御します。本稿では、空気圧制御弁の構造構成、動作原理、応用特性、および産業生産におけるその重要性について紹介します。

現代産業の急速な発展に伴い、自動制御システムはますます様々な分野で広く利用されています。主要な制御デバイスとして、空気圧制御弁は、そのシンプルな制御、高速応答、および本質的な安全性という利点から、産業オートメーションにおいて重要な位置を占めています。本稿では、空気圧制御弁の構造、動作原理、および応用特性について議論し、読者がこの重要な機器を十分に理解するのに役立てます。

空気圧制御弁は主に以下の部分で構成されています:

1. 空気圧アクチュエータ：これは空気圧制御弁の主要コンポーネントであり、制御システム（PLCなど）からの信号を受信し、機械的動作に変換する役割を担います。空気圧アクチュエータには通常、空気圧ダイヤフラム、スプリング、アクチュエータ、およびバルブステムコンポーネントが含まれます。
2. 調整弁本体：バルブスプール、バルブシート、およびバルブ本体自体を含みます。スプールとシートは、絞り効果を実現するための主要コンポーネントであり、相対的な位置の変化を通じて媒体の流量と圧力を制御します。
3. バルブポジショナー：バルブ制御の精度を向上させるために使用されます。ポジショナーは、バルブステム変位フィードバック信号に基づいて、バルブ動作の精度と安定性を確保します。
4. 付属品：フィルタリング減圧弁、電磁弁、手動操作装置など、システムの正常な動作を補助するために使用されます。

空気圧制御弁の動作プロセスは、以下の手順に分けられます:

信号受信と変換：空気圧制御弁は、制御システム（PLCなど）を介して電流信号またはアナログ信号を受信します。これらの信号は、電気バルブポジショナーまたはコンバータを介して空気圧信号に変換されます。たとえば、一般的な4-20mAの電流信号は、バルブポジショナーを介して0.02-0.1MPaの空気圧信号に変換できます。この変換により、空気圧アクチュエータは、入力信号の変化に応じて対応する動作を行うことができます。

空気圧信号が空気圧薄膜アクチュエータに入ると、圧縮空気が膜を押し広げ、それがアクチュエータとバルブステムを押し、スプールを変位させ、バルブの開度を変化させます。具体的には:

• 空気圧信号が増加すると、プッシュロッドが上方に移動し、バルブステムとスプールを上に駆動し、バルブが大きく開きます。
• 空気圧信号が減少すると、プッシュロッドが下方に移動し、バルブステムとスプールを下に駆動し、バルブが小さく閉じます。

バルブポジショナーは、バルブステムの変位フィードバック信号に従って空気圧アクチュエータの動作をリアルタイムで調整し、バルブの開度が入力信号と一致するようにします。フィードバック信号が入力信号と平衡すると、バルブは移動を停止し、これにより調整の精度と安定性が確保されます。

バルブ前の圧力（P1）は、バルブスプールとバルブシートの絞り効果により、バルブ後の圧力（P2）に変化します。具体的な調整プロセスは次のとおりです:

• 圧力調整：P2はパイプラインを介して上部膜室に入力され、トップディスクに作用し、その結果生じる力はスプリングの反力と平衡し、これによりスプールとシートの相対的な位置が決定され、バルブ後の圧力が制御されます。P2が増加すると、トップディスクにかかる力が増加し、スプリング力を克服し、スプールを閉じ、流量面積を減らし、流量抵抗を増加させ、P2は設定値に達するまで減少します。
• 流量調整：スプールとシートの相対的な位置を変えることにより、媒体の流量面積が調整され、これにより流量が制御されます。流量を増やす必要がある場合は、バルブが開かれ、流量を減らす必要がある場合は、バルブが閉じられます。

調整プロセス全体において、バルブの開度が変化すると、フィードバックレバーはポジショナーにリアルタイムのフィードバック信号を与えます。ポジショナーはこのフィードバック信号に従って調整を行い、バルブ動作の精度と安定性を確保します。フィードバック信号が入力信号と平衡すると、バルブは移動を停止し、現在の開度を維持します。

空気圧制御弁には、以下の重要な利点があり、産業オートメーション制御システムで広く使用されています:

1. シンプルな制御：空気圧制御弁の操作とメンテナンスは比較的簡単で、複雑な電子回路を必要とせず、故障率とメンテナンスコストを削減します。
2. 高速応答：圧縮空気の高速応答速度により、空気圧制御弁は、指示の受信からアクションの実行までの全プロセスを短時間で完了でき、システムの応答速度を向上させます。
3. 本質的に安全：空気圧制御弁は電気駆動に依存せず、電気火花の危険を回避します。特に可燃性および爆発性の場所に適しています。
4. 強力な適応性：空気圧制御弁は、ガス、蒸気、液体、およびその他の媒体を調整でき、さまざまな作業条件に適しています。
5. 長寿命：空気圧制御弁の構造は合理的に設計されており、材料の選択は優れており、高い耐久性と信頼性を備えており、長期間安定して動作できます。
6. 省エネと高効率：媒体流量と圧力を正確に制御することにより、空気圧制御弁は効果的にエネルギーを節約し、生産効率を向上させることができます。

空気圧制御弁は、以下の産業および場面で広く使用されています:

1. 化学工業：化学反応器内の材料の流量と圧力を調整し、反応条件の安定性と安全性を確保するために使用されます。
2. 石油産業：油井、製油所、その他の場所で使用され、石油およびガス伝送パイプライン内の流量と圧力を調整し、生産プロセスの安全性と安定性を確保するために使用されます。
3. 電力産業：火力発電所のボイラー給水システムおよび蒸気調整システムで使用され、ボイラー運転の安定性と効率を確保するために使用されます。
4. 冶金産業：高炉、転炉、その他の設備の冷却水システム、ガス調整システムなどに使用され、生産プロセスの安全性と安定性を確保するために使用されます。
5. 製薬産業：製薬生産プロセスにおけるさまざまな材料の輸送と調整に使用され、生産プロセスの精度と健康基準を確保するために使用されます。

産業オートメーション技術の継続的な発展に伴い、空気圧制御弁も常に改善され、完成度が高まっています。将来、空気圧制御弁の発展傾向は主に以下の側面に反映されます:

1. インテリジェント：インテリジェントセンサーと通信モジュールの導入により、リモート監視と診断機能を実現し、システムの自動化と信頼性の度合いを向上させます。
2. 統合：空気圧制御弁を他の制御機器と統合して、統合制御システムを形成し、設置とメンテナンスを簡素化します。
3. 省エネと環境保護：空気圧制御弁の設計と製造プロセスをさらに最適化し、エネルギー消費を削減し、環境汚染を削減します。
4. 多機能：さまざまな作業条件の複雑なニーズに対応するために、さまざまな機能を備えた空気圧制御弁の開発。

効率的で信頼性の高い安全な産業オートメーション制御機器として、空気圧制御弁は多くの産業で広く使用されています。その独自の構造設計と技術的利点により、現代の産業生産に不可欠な部分となっています。将来、技術の継続的な革新と発展に伴い、空気圧制御弁は、より多くの分野でより多くの可能性と開発空間を示し、さまざまな産業の生産と環境保護のためのより完璧なソリューションを提供するでしょう。