December 31, 2024
空気圧制御バルブは、石油、化学、電力、冶金およびその他の産業企業で広く使用されている産業プロセス制御機器の 1 つです。調整システムにおける化学生産制御バルブは不可欠であり、手足の生産プロセスの自動化などの重要なリンクである産業自動化システムで構成されています。
動作原理
空気圧制御バルブは、圧縮空気を動力源として、シリンダーをアクチュエーターとして使用し、電気バルブポジショナー、コンバータ、ソレノイドバルブ、ホールディングバルブおよびその他の付属品の助けを借りてバルブを駆動し、スイッチングまたは比例調整を実現します。産業オートメーション制御システムの制御信号を受信して、パイプライン媒体（流量、圧力、温度、その他のプロセスパラメータ）の調整を完了します。空気圧制御弁は、制御が簡単で応答が速く、追加の防爆措置を必要としない本質安全防爆が特徴です。
空気圧制御バルブの動作原理
空気圧制御バルブは通常、設置および試運転に接続された空気圧アクチュエータと制御バルブで構成されます。空気圧アクチュエータは単動と複動に分けられます。2 種類の単動アクチュエータにはリセット スプリングがあり、複動アクチュエータにはリセット スプリングがありません。リセットスプリングが付いています。単動アクチュエータは、原点喪失や突然の故障が発生した場合でも、最初に開閉状態に設定されたバルブに自動的に復帰します。
空気圧制御弁は、ガスオープンタイプとガスシャットタイプの 2 種類の動作形式、つまり、いわゆる常開タイプと常閉タイプに応じて、空気圧制御バルブのガスオープンまたはガスシャットは、通常、正と負の動作を通じて行われます。アクチュエータとバルブ状態の構造を異なる組み立て方法で実現します。
空気圧制御バルブの動作モード
エアオープン型（ノーマルクローズ型）は、ダイヤフラムヘッドにかかる空気圧が上昇するとバルブが開度を広げる方向に作用し、入力空気圧の上限に達するとバルブが全開状態になるタイプです。開いた状態。逆に空気圧が低下するとバルブは閉じる方向に動き、入力エアが無い場合はバルブは全閉となります。通常、大気開放型調整弁を過閉型弁と呼びます。
大気密閉型（ノーマルオープン型）は大気開放型とは逆方向に動作します。空気圧が増加すると、バルブが動作方向を閉じます。空気圧が低下するか、空気圧がなくなると、バルブが開く方向または全開になるまでバルブを開きます。通常、弁が開かないタイプの調整弁をエアオフ型調整弁と呼びます。
大気開放と大気閉鎖の選択は、考慮すべきプロセス生産の安全性の観点に基づいています。ガス源が遮断された場合、調整弁が閉位置であっても開位置であっても安全です。
たとえば、加熱炉の燃焼制御では、炉室の温度や炉出口の被加熱物の温度に応じて、燃料ガスパイプラインに設置された制御弁で燃料の供給を制御します。この場合、ガスの供給を停止するとバルブは全開よりも閉じた方が安全であるため、ガスオープンバルブを使用することがより安全である。ガスの供給が遮断されると燃料バルブが全開になり、オーバーヒートの危険があります。別の例は、冷却水冷却熱伝達装置であり、熱交換器内の高温の材料と熱交換用の冷却水が冷却され、冷却水配管に制御弁が設置され、熱伝達後の材料の温度を制御します。冷却水の場合、ガス供給が遮断された場合、制御バルブは開いた位置にある方が安全であるため、ガス遮断（すなわち、FO）制御バルブを選択することが好ましい。
バルブポジショナー
バルブポジショナは、制御バルブの主要な付属品であり、レギュレータの使用を大きくサポートする空気圧制御バルブであり、レギュレータの出力信号を受け取り、その出力信号を受信して空気圧制御バルブを制御し、レギュレータバルブの動作、変位を制御します。バルブステムの状態を機械装置を介してバルブポジショナーにフィードバックし、バルブ位置の状態を電気信号を介して上部システムに送信します。バルブポジショナは、その構造形態と動作原理に応じて、空気圧バルブポジショナ、電気ガスバルブポジショナ、インテリジェントバルブポジショナに分類できます。
バルブポジショナーは、調整バルブの出力を増加させ、調整信号の伝達ヒステリシスを減少させ、バルブステムの移動速度を加速し、バルブの直線性を改善し、バルブステムの摩擦を克服し、バルブステムの影響を排除することができます。アンバランス力を調整して、調整バルブの正しい位置を確保します。
アクチュエータは空気圧アクチュエータ、電気アクチュエータ、ストレートストローク、アングルストロークに分けられます。各種バルブ、風向板等の自動開閉、手動開閉に使用します。
空気圧制御バルブの取り付け原理
(1) 空気圧制御バルブの取り付け位置は、地面から一定の高さが必要です。バルブの分解と修理を行うために、バルブは上下に一定のスペースを空ける必要があります。空気圧バルブポジショナーとハンドル制御バルブを装備するには、操作、観察、調整が便利であることを確認する必要があります。
(2) 制御バルブは水平パイプラインに設置し、安定性と信頼性を確保するために一般バルブに垂直なパイプラインで上下に設置する必要があります。特別な場合、垂直パイプラインにコントロールバルブを水平に設置する必要がある場合、コントロールバルブもサポートされる必要があります（小径コントロールバルブを除く）。制御バルブへの追加のストレスを避けるための取り付け)。
(3) 調節弁の使用環境温度は (-30 ～ +60)、相対湿度 95% 以下、相対湿度 95% 以下である必要があります。
(4) コントロールバルブの前後の位置は、バルブの直管部分が短すぎて流量特性に影響を与えるのを避けるために、パイプの直径（10D）の10倍以上の長さの直管部分である必要があります。 。
(5) コントロールバルブとプロセス配管の口径が異なる場合は、減速機を使用して接続してください。小口径のコントロールバルブの取り付けには、ねじ接続が使用できます。バルブ本体の流体方向の矢印は流体の方向と一致している必要があります。
(6) バイパス配管を設置する。目的は、制御バルブのノンストップメンテナンスの場合に、スイッチングまたは手動操作を容易にすることです。
(7) 制御バルブは、汚れ、溶接スラグなどの異物を取り付ける前に、パイプラインから完全に取り外してください。
よくある失敗とその対処
1. 調節弁が作動しない
まず、空気源の圧力が正常かどうかを確認し、空気源の異常を見つけます。空気源の圧力が正常な場合は、ポジショナまたは電気/ガスコンバータアンプの出力を決定します。出力がない場合は、アンプの定絞り穴が詰まっているか、アンプのボールバルブに圧縮空気中の水分が溜まっています。細い鋼線を使用して、一定のスロットル穴の詰まりを取り除き、汚れを除去したり、空気源を掃除したりしてください。
上記のすべてが正常である場合、信号はあるが動作がない場合は、アクチュエータの故障、バルブステムの曲がり、またはスプールの固着が考えられます。この場合、さらに検査するためにバルブを取り外す必要があります。
2. コントロールバルブの詰まり
バルブステムの往復ストローク動作が遅い場合、バルブ本体や粘性物質、コークス詰まりやパッキン圧が強すぎる場合、PTFEパッキンの経年劣化、バルブステムの曲げ傷などが考えられます。調節弁の詰まり故障は、主に新規運転システムや初期運転のオーバーホール時に発生し、パイプラインの溶接スラグや錆などがスロットルポートやガイド部分に詰まり、媒体の流れがスムーズにならなくなったり、調節弁が原因で発生します。オーバーホールパッキンがきつすぎると摩擦が増加し、小さな信号が動かなくなり、大きな信号が動きすぎる現象が発生します。
このような状況に遭遇した場合、二次ラインまたは調整バルブを素早く開閉することで、二次ラインまたは調整バルブからの腐敗物が媒体によって洗い流されます。さらに、外部信号圧力の場合、バルブ ステムが正および負の力で回転する場合、パイプ レンチを使用してバルブ ステムをクランプし、スプールがカード上でフラッシュするようにすることもできます。問題が解決しない場合は、ガス源の圧力を上げ、駆動力を上げて上下動を数回繰り返すと問題が解決します。それでも動けない場合は、制御バルブを分解する必要があります。もちろん、この作業には強力な専門スキルが必要であり、専門的および技術的な担当者の支援を受けて完了する必要があります。そうしないと、結果はより深刻になります。
3. バルブの漏れ
調整弁の漏れには、一般的に調整弁の漏れ、パッキンの漏れとスプール、いくつかのケースの漏れによって引き起こされるシートの変形があり、以下に分析します。
1、バルブ漏れ
ステムの長さが適切ではない、ガスバルブのステムが長すぎる、ステムの上昇（または下降）距離が十分ではないため、スプールとシートの間に隙間が生じ、完全に接触できず、内部漏れが発生します。同じガス遮断バルブのステムが短すぎると、バルブのスプールとシートの間に隙間ができ、完全に接触できず、締まりが悪く内部漏れが発生する可能性があります。解決策: バルブステムを短く (または延長) してバルブの長さを適切にし、内部漏れが起こらないようにする必要があります。
2、パッキン漏れ
パッキンが梱包箱に装填された後、グランドによって軸方向の圧力がパッキンに加えられます。パッキンの塑性変形によりラジアル力が発生し、バルブステムと密着しますが、その接触は均一ではなく、接触が緩い部分やきつい部分があり、均一ではありません。接点の一部がまったくオンになっていません。コントロールバルブは使用過程において、バルブステムとパッキンの間に相対運動が存在し、この運動を軸方向運動といいます。使用過程では、高温、高圧、流体媒体の浸透性により、調整弁パッキンボックスにも漏れ現象が発生する部品が増えます。パッキンの漏れの主な原因は界面の漏れで、テキスタイルパッキンの場合も漏れが発生します（小さな隙間と外側の漏れの間のパッキン繊維に沿った圧力媒体）。バルブステムとパッキンの接触面の漏れは、パッキンの接触圧力の徐々に低下、パッキンの経年劣化などにより発生し、圧力媒体がパッキンとステムの接触隙間に沿って外部に漏れます。
パッキンを便利にするには、スタフィングボックスの上部に面取りをし、スタフィングボックスの底部に耐食性ギャップに配置された小さな金属保護リングを使用し、リングとフィラー接触面の保護に注意してください。メディア圧力によるフィラーの押し出しを防ぐため、面取りはできません。仕上げ面のスタフィングボックスとフィラーの接触部分は、表面仕上げを向上させ、フィラーの摩耗を軽減します。フィラーは柔軟なグラファイトを選択し、気密性、摩擦性が良いため、小さな変更で長期使用しても、焼損の磨耗が少なく、修理が容易で、グランドボルトを締め直しても摩擦が変化せず、耐圧性が良好です。耐熱性が高く、内部媒体の浸食を受けず、ステムとフィラーボックスの内部接点の金属に孔食や腐食が発生しません。このようにして、ステムパッキンボックスシールを効果的に保護し、パッキンシールの信頼性を確保し、耐用年数も大幅に向上します。
3、バルブスプール、バルブシート変形漏れ
バルブスプール、バルブシートの漏れは、主にコントロールバルブの製造工程における鋳造または鍛造の欠陥が原因で発生し、腐食の促進につながる可能性があります。腐食性媒体の通過や流体媒体の洗浄も、制御バルブの漏れの原因となります。主にエロージョンまたはキャビテーションの形で起こる腐食。腐食性媒体が調整バルブを通過すると、スプール、シート材料の浸食と衝撃が発生し、時間の経過とともにスプール、シートの楕円形またはその他の形状が生じ、その結果、スプール、シートの不一致、ギャップ、オフが発生します。締まっていないと漏れが発生します。
適切なバルブスプール、バルブシート材質の選択を外してください。耐食性の材料を選択し、製品の孔食、トラコーマおよびその他の欠陥の存在をしっかりと除去する必要があります。バルブコア、バルブシートの変形がそれほど深刻でない場合は、細かいサンドペーパーで研削し、痕跡を除去し、シールの仕上がりを改善して、シール性能を向上させます。損傷がひどい場合は、バルブを新しいものと交換する必要があります。
4. 振動
調節弁のバネ剛性が不足すると、調節弁の出力信号が安定せず、急激な変化により調節弁が発振しやすくなります。制御バルブが振動するように、バルブ周波数とシステム周波数またはパイプライン、ベース振動が選択されます。選定を誤ると、調節弁は小さな開度で作動し、急激な流抵抗、流量、圧力変化が生じ、弁剛性を超えると安定性が低下し、重大な振動が発生します。
発振の原因は多面的であるため、具体的な問題を分析する必要があります。わずかな振動は、大きな剛性のスプリング制御バルブの選択、ピストンの実装構造の変更など、剛性を高めて排除することができます。パイプライン、ベースの振動は、振動の干渉を排除するためにサポートを増やすことによって増加させることができます。バルブ周波数とシステムの周波数は、異なる構造のレギュレーターバルブの交換と同じです。振動によって引き起こされる小さな開度で動作する場合、それはバルブの選択が不適切であり、特にバルブの流量Cの値が大きすぎるため、再選択する必要があり、流量Cを選択してください値を小さくするか、スプリットレンジ制御を使用するか、小さな開度で作動する調整弁によって発生する振動を克服するためにサブマザーバルブを使用する必要があります。
5. 騒音のある調節弁
コントロールバルブ内を流体が流れる際、前後の圧力差が大きすぎるとバルブスプールやバルブシートなどにキャビテーション現象が発生し、流体から騒音が発生します。流量容量の値が選択され、騒音によって引き起こされるわずかな騒音で調整弁が動作することを克服するには、流量容量の値を調整弁の適切な値に再選択する必要があります。以下を紹介します。いくつかの方法のノイズを除去します。
1、共振ノイズ除去方法
調節弁が共振するときのみエネルギーが重畳し、100デシベル以上の強い騒音が発生します。強い振動を示すものもあれば、騒音はそれほど大きくないものもあれば、弱い振動を示すものもありますが、騒音は非常に大きいものもあります。若干の振動や騒音が大きくなります。このノイズは単調な音を発生し、その周波数は一般に 3000 ～ 7000 Hz です。共振がなくなると当然、ノイズも自然に消えます。
2、蒸気腐食のノイズを除去する方法
キャビテーションは主な流体力学的騒音源です。キャビテーション、蒸気泡の破裂により高速衝撃が発生し、局所的に強い乱流が発生し、キャビテーション騒音が発生します。この騒音は周波数範囲が広く、ギシギシ音を発生しますが、流体中に砂利が含まれている場合も同様の音が発生します。キャビテーションを除去および低減することは、ノイズを除去および低減する効果的な方法です。
3、厚肉パイプライン方式の使用
厚肉パイプの使用は音響回路の加工方法の一つです。薄肉パイプを使用すると騒音が 5 デシベル増加し、厚肉パイプを使用すると騒音が 0 ～ 20 デシベル減少します。同じパイプ径であれば肉厚が厚いほど、同じ肉厚であれば直径が大きいほど消音効果は高くなります。 DN200パイプなど、肉厚は6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mmで、騒音を-3.5、-2（つまり増加）、0、3、6、 8、11、13、14.5 デシベル。当然ですが、壁が厚くなるとコストも高くなります。
4、吸音材使用工法
これは、音の経路に対処するためのより一般的で最も効果的な方法でもあります。利用可能な吸音材を騒音源とバルブ後のパイプラインに巻き付けることができます。注意しなければならないのは、騒音は流体の流れと長距離によって拡散するため、どこまでの吸音材をパッケージし、どこまでの厚肉パイプを使用して、どこまでの終端まで騒音の影響を排除するかです。このアプローチは、よりコストのかかるアプローチであるため、ノイズがそれほど高くなく、パイプラインがそれほど長くない場合に適用されます。
5、直列サイレンサー方式 この方式
空力騒音サイレンサーとして適用可能で、流体内の騒音を効果的に除去し、騒音レベルの固体境界層への伝達を抑制します。バルブ前後の質量流量や圧力降下比が大きい場合、この方法が最も効果的で経済的です。吸収型シリーズサイレンサーを使用することで大幅な騒音低減が可能です。ただし、経済的な考慮から、一般的には約 25 dB までの減衰に制限されます。
６、防音ボックス工法
防音ボックスや住宅、ビルなどを利用することで、騒音源を内部に隔離し、外部環境の騒音を人が許容できる範囲に低減します。
7、シリーズスロットル方式
調整弁の圧力比が高い場合（△ P / P1 ≧ 0.8）、直列絞り方式を採用します。つまり、総圧力降下が調整弁と固定絞り要素以降の弁に分散されます。ノイズ低減方法の中で最も効果的なディフューザーや多孔質リストリクタープレートの使用などが挙げられます。最高のディフューザー効率を得るには、バルブによって発生する騒音レベルとディフューザーによって発生する騒音レベルが同じになるように、各部品の取り付けに基づいてディフューザー（エンティティの形状、サイズ）を設計する必要があります。
8、低騒音バルブの選択
流体に応じてスプール、弁座のジグザグ流路（多オリフィス、多チャンネル）を通過し、流路内のいかなる点も避けて緩やかに減速し、超音速を生み出す低騒音バルブです。低騒音バルブ（特殊なシステム向けに設計されたもの）には、さまざまな形状と構造が使用されています。騒音がそれほど大きくない場合、低騒音スリーブバルブを選択すると騒音を10～20dB低減でき、最も経済的な低騒音バルブです。
バルブポジショナーの故障
通常のポジショナーは機械的な力の平衡原理、つまりノズル バッフル技術に基づいて動作し、主に次の種類の故障が存在します。
(1) 機械的な力の平衡原理の働きにより、可動部分が多くなり、温度や振動の影響を受けやすく、調整弁の変動が発生します。
(2) ノズルバッフル技術を採用しており、ノズル穴が小さいため、ほこりや汚れた空気源によって詰まりやすく、ポジショナーが正常に動作しません。
(3) 力の釣り合いの原理により、不良箇所ではスプリングの弾性係数が変化し、調整弁の非線形性が生じ、制御品質の低下を招きます。
(4) インテリジェントポジショナーは、マイクロプロセッサ (CPU)、A/D、D/A コンバーターおよびその他のコンポーネントで構成されており、その動作原理は通常のポジショナーとは大きく異なり、純粋な電気信号の指定値と実際の値を比較します。 、バランスを強制する必要はなくなりました。したがって、従来のポジショナーの力バランスの欠点を克服できます。ただし、緊急遮断弁や緊急排気弁など、緊急停止時に使用する場合は、これらの弁は一定の位置に静止している必要があり、緊急事態が発生した場合にのみ、確実に動作する必要があります。特定の位置に留まると、電気コンバーターが制御不能になりやすく、危険な状況では小さな信号が動作しなくなります。加えて。現場作業のためバルブ位置検出用のポテンショメータに使用されますが、抵抗値が変化しやすく小信号では動作せず、大信号では全開となり危険です。したがって、インテリジェントポジショナーの信頼性と可用性を確保するには、頻繁にテストする必要があります。
