パネウマティック・電気制御バルブの選択と故障解決分析

1. 空気圧制御弁の設置位置は、地面から一定の高さに設置し、分解、組み立て、メンテナンスを容易にするために、弁の上部と下部に十分なスペースを確保する必要があります。空気圧ポジショナーとハンドホイールを備えた制御弁の場合、操作、観察、調整を容易にすることが不可欠です。
2. 制御弁は水平パイプラインに設置し、パイプラインと垂直に位置合わせする必要があります。一般的に、弁の下にサポートを設ける必要があります。特殊なケースで、制御弁を垂直パイプラインに水平に設置する必要がある場合は、弁もサポートする必要があります（小径制御弁を除く）。設置中は、制御弁に余分なストレスを与えないようにしてください。
3. 制御弁の動作環境温度は（-30℃～+60℃）とし、相対湿度は95％を超えないようにする必要があります。
4. 制御弁の前後に、パイプ径の10倍以上（10D）の直管部を設け、直管部が短すぎることによる流量特性への影響を避ける必要があります。
5. 弁径がプロセスパイプ径と異なる場合は、レデューサーを使用して接続する必要があります。小径制御弁の場合は、ねじ接続を使用できます。弁本体の流体方向矢印は、流体の流れの方向と一致させる必要があります。
6. バイパスパイプラインを設置する必要があります。目的は、切り替えや手動操作を容易にし、システムを停止せずに制御弁のメンテナンスを可能にすることです。
7. 設置前に、パイプラインから汚れや溶接スラグなどの異物を完全に除去する必要があります。

1. 弁の設置位置、高さ、入口/出口の方向は、設計要件に準拠する必要があり、接続は確実かつ緊密である必要があります。
2. 弁は、さまざまな種類のエンドフィッティングを使用してパイプラインに接続できます。主な接続方法には、ねじ接続、フランジ接続、溶接接続があります。フランジ接続を使用する場合、温度が350℃を超える場合は、ボルト、フランジ、ガスケットのクリープ緩和のため、耐高温ボルト材料を選択する必要があります。
3. 設置前に、弁を目視検査する必要があります。弁銘板は、現行の国際規格GB12220「一般弁マーキング」に準拠する必要があります。作動圧力が1.0 MPaを超える弁および主パイプラインの遮断弁として機能する弁については、強度および気密性試験を実施し、これらの試験に合格した場合にのみ使用できます。その他の弁は、個別の試験を必要とせず、システム圧力試験中に検査できます。
4. 強度試験中、試験圧力は公称圧力の1.5倍とし、持続時間は5分以上とします。弁本体とパッキンに漏れがないことを確認してください。
5. 気密性試験中、試験圧力は0.3 MPaです。試験圧力は、試験期間中一定に保つ必要があり、表2の規定に準拠する必要があります。弁座シール面からの漏れがない場合、弁は合格と見なされます。
6. 公称直径：DN15-500

(1) 制御弁が作動しない。故障現象と原因は次のとおりです:

1. 信号なし、空気供給なし。
   1. 空気供給がオンになっていない、
   2. 冬に空気供給中の水が凍結し、エアダクトの閉塞やフィルタまたは減圧弁の誤動作を引き起こす、
   3. コンプレッサーの故障、
   4. 主空気供給パイプの漏れ。
2. 空気供給はあるが、信号なし。
   1. レギュレーターの故障、
   2. ポジショナーダイヤフラムの漏れ、
   3. 調整ダイヤフラムの損傷。
3. ポジショナーに空気供給がない。
   1. フィルタが詰まっている。
   2. 減圧弁が故障している。
   3. 配管が漏れているか、詰まっている。
4. ポジショナーに空気供給はあるが出力がない。ポジショナーのスロットル穴が詰まっている。
5. 信号はあるが、動作しない。
   1. 弁コアが外れている。
   2. 弁コアがシートまたはシートに固着している。
   3. 弁棒が曲がっているか、折れている。
   4. 弁座と弁コアが凍結しているか、異物で詰まっている。
   5. アクチュエータスプリングが長期間使用されていないため固着している。

(II) 制御弁の動作が不安定。故障現象と原因は次のとおりです:

1. 空気供給圧力が不安定。
   1. コンプレッサーの容量が小さすぎる。
   2. 減圧弁の誤動作。
2. 信号圧力が不安定。
   1. 制御システムの不適切な時定数。
   2. レギュレーター出力が不安定。
3. 空気供給圧力が安定しており、信号圧力も安定しているが、調整弁の動作が不安定。
   1. ポジショナーのアンプ内のボールバルブが摩耗し、異物により適切にシールされていない。空気消費量が増加すると、出力が振動する原因となる。
   2. ポジショナーアンプのノズルバッフルが整列しておらず、バッフルがノズルを覆っていない。
   3. 出力パイプまたはラインからの空気漏れ。
   4. アクチュエータの剛性が不十分。
   5. 弁棒が移動中に高い摩擦抵抗を受け、接触点で固着現象が発生する。

(3) 調整弁の振動。故障の症状と原因は次のとおりです:

1. 制御弁がどの開口位置でも振動する。
   1. 不安定なサポート。
   2. 近くの振動源。
   3. 弁プラグとスリーブ間の激しい摩耗。
2. 制御弁が完全に閉じるときに振動する。
   1. 制御弁が大きすぎて、小さな開口位置でよく使用される。
   2. シングルシート弁の媒体の流れ方向が、閉じる方向と逆である。

(4) 制御弁の応答が遅い。症状と原因は次のとおりです:

1. 弁棒が片方向にのみ応答が遅い。
   1. 空気圧ダイヤフラムアクチュエータのダイヤフラムが損傷し、漏れている。
   2. アクチュエータの「O」リングシールが漏れている。
2. 弁棒が開きと閉じの両方の動きで鈍い:
   1. 弁本体が粘着物質で詰まっている;
   2. PTFEパッキンが劣化して硬化しているか、グラファイトアスベストパッキンの潤滑剤が乾燥している;
   3. パッキンがきつすぎて、摩擦抵抗が増加している;
   4. 弁棒がまっすぐでなく、摩擦抵抗が増加している;
   5. ポジショナーのない空気圧制御弁も、鈍さの原因となる可能性があります。

(5) 制御弁の漏れ量が増加し、次の原因があります:

1. 弁が完全に閉じているときの過度の漏れ:
   1. 弁プラグの摩耗、激しい内部漏れ;
   2. 弁が適切に調整されておらず、しっかりと閉じていない。
2. 弁が完全に閉じた位置に達することができない:
   1. 過度の媒体圧力差、低いアクチュエータ剛性、弁がしっかりと閉じていない;
   2. 弁内の異物;
   3. スリーブが焼結している。

(6) 調整可能な流量範囲が減少しました。主な理由は、弁コアが腐食して収縮し、最小調整可能流量が増加したことです。

空気圧制御弁の故障現象と原因を理解することで、問題解決のための的を絞った対策を講じることができます。

1. 信頼性;
2. 費用対効果;
3. スムーズな操作と十分な出力トルク;
4. シンプルな構造と容易なメンテナンス。

1. (1) 空気圧アクチュエータはシンプルで信頼性が高い

従来の電動アクチュエータの信頼性の低さは長年の弱点でしたが、1990年代の電子アクチュエータの開発により、この問題は完全に解決され、5〜10年間メンテナンスフリーで動作できるようになり、信頼性は空気圧アクチュエータよりも優れています。

2. (2) 電源

空気圧アクチュエータの主な欠点は、別途の空気供給ステーションが必要であり、コストが増加することです。電動弁は、現場で容易に入手できる電源を利用できます。

3. (3) コストに関する考慮事項

空気圧アクチュエータには、追加の弁ポジショナーと空気供給が必要であり、コストは電動弁と同等になります（輸入電気弁ポジショナーは、輸入電子アクチュエータと同様の価格であり、国産ポジショナーは、国産電動アクチュエータと同等の価格です）。

4. (4) 推力と剛性：どちらも同等です。
5. (5) 防火および防爆

「空気圧アクチュエータ+電気弁ポジショナー」は、電動アクチュエータよりもわずかに優れています。

1. (1) 可能であれば、国内用途、新規プロジェクトなどには、国産弁と輸入電子アクチュエータを使用することをお勧めします。
2. (2) ダイヤフラムアクチュエータは、推力不足、剛性不足、寸法が大きいなどの欠点がありますが、そのシンプルな構造により、現在最も広く使用されているアクチュエータです。
3. (3) ピストンアクチュエータの選択に関する考慮事項:
   1. 空気圧ダイヤフラムアクチュエータの推力が不十分な場合は、出力力を高めるためにピストンアクチュエータを選択する必要があります。高圧差制御弁（例：中圧蒸気遮断弁）の場合、DN ≥ 200の場合、ダブルピストンアクチュエータが必要になる場合もあります;
   2. 通常の制御弁の場合、ピストンアクチュエータを使用してダイヤフラムアクチュエータを置き換えることもでき、アクチュエータのサイズを大幅に削減できます。この観点から、空気圧ピストン制御弁がより広く使用されています;
   3. 角度移動制御弁の場合、その角度移動アクチュエータは通常、ダブルピストンギアラック回転構造を備えています。従来の「リニア移動ピストンアクチュエータ+アングルアイアン+クランクコネクティングロッド」構成を強調する価値があります。

1. 1. 過負荷容量と耐用年数

電動アクチュエータは断続的な操作にのみ適しており、連続的な閉ループ操作には適していません。ただし、空気圧アクチュエータには過負荷容量があり、耐用年数全体を通じてメンテナンスフリーです。オイル交換やその他の潤滑は必要ありません。標準的な耐用年数は最大100万回のオン/オフサイクルに達し、空気圧アクチュエータは他の弁アクチュエータよりも優れています。

2. 2. 安全性

空気圧アクチュエータは、潜在的に爆発性のある環境で使用できます。特に次の状況では、防爆弁が必要です（例：適切なコイルを備えたナムール弁）。弁または弁アイランドは、爆発性ゾーンの外側に設置する必要があり、爆発性ゾーンで使用される空気圧アクチュエータは、エアチューブを介して駆動する必要があります。電動アクチュエータは、潜在的に爆発性のある環境での使用には適しておらず、コストがかかります。

3. 3. 過負荷容量

トルクの増加または特別な力要件が必要な状況では、電動アクチュエータはすぐにトルク制限に達します。特に、弁の開口部が不規則な場合や、弁の閉鎖が長引く場合、空気圧アクチュエータの過負荷容量の利点が明らかになります。堆積物や焼結材料により、起動トルクが増加します。空気圧コンポーネントを使用すると、作動圧力、力、またはトルクを簡単に増やすことができます。

4. 4. 経済効率

水および廃水処理技術では、ほとんどの弁アクチュエータはオン/オフモードで動作するか、手動操作用に設計されています。したがって、空気圧コンポーネントは、合理化の大きな可能性を提供します。空気圧アクチュエータと比較して、電動アクチュエータを使用する場合、過熱監視、トルク監視、スイッチング周波数、メンテナンスサイクルなどの監視機能を制御およびテストシステムに統合する必要があり、多数の入出力ラインが必要になります。エンドポジションセンシングと空気源処理を除き、空気圧アクチュエータは、監視または制御機能を必要としません。空気圧アクチュエータは費用対効果が高く、手動弁アクチュエータの自動化に最適です。

5. 5. 組み立て

空気圧技術は非常に簡単です。空気圧アクチュエータは、弁駆動ヘッドに簡単に設置でき、空気源処理ユニットを最小限の労力で接続して駆動できます。さらに、空気圧アクチュエータのメンテナンスフリー設計により、便利でプラグアンドプレイ機能が保証されます。

6. 6. コンポーネント

空気圧コンポーネントは、高い耐振動性、堅牢性、耐久性を備えており、一般的に破損しません。高温でも耐食性コンポーネントが損傷することはありません。電動アクチュエータは多数のコンポーネントで構成されており、比較的損傷しやすくなっています。

7. 7. 技術

リニアアクチュエータは、閉鎖装置に直接作用し、スイングアクチュエータは、ピストンと駆動シャフトのみを使用して「リニア圧縮空気力」をスイングモーションに変換します。空気圧アクチュエータは、シンプルで費用対効果の高い流量制御コンポーネントを使用するなどして、低速モーションも簡単に実現できます。電動アクチュエータは、供給されたエネルギーをモーションに変換する際に、大きなエネルギー損失を経験します。これは主に、電気モーターがエネルギーのほとんどを熱に変換し、次にギアボックスを使用するためです。

今日の産業用制御アプリケーションで使用されているほとんどのアクチュエータは、空気圧アクチュエータです。これは、空気圧アクチュエータが空気源として空気を使用しているため、電動および油圧アクチュエータよりも経済的で構造が簡単であり、操作とメンテナンスが容易であるためです。メンテナンスの観点から、空気圧アクチュエータは、他のタイプのアクチュエータよりも操作と調整が容易であり、現場で前進方向と後進方向を簡単に交換できます。最大の利点は安全性です。ポジショナーと併用すると、可燃性および爆発性のある環境に最適です。対照的に、防爆または本質的に安全でない電気信号は、火花による火災の潜在的なリスクをもたらします。したがって、電動制御弁がますます広く使用されているにもかかわらず、空気圧制御弁は依然として化学産業で優勢です。

空気圧アクチュエータの主な欠点は、応答が遅く、制御精度が低く、偏差に対する耐性が低いことです。これは、ガスの圧縮性によるものであり、特に大型の空気圧アクチュエータを使用する場合、シリンダーに空気を充填および空にするのに時間がかかるためです。ただし、多くのアプリケーションでは高い制御精度、非常に高速な応答、または強力な偏差耐性は必要ないため、これは大きな問題にはならないはずです。

電動アクチュエータは、主に発電所または原子力発電所で使用されます。高圧水システムでは、スムーズで安定した低速プロセスが必要となるためです。電動アクチュエータの主な利点は、高い安定性と、ユーザーが適用できる一定の推力です。電動アクチュエータが生成する最大推力は、最大225,000 kgfに達する可能性があります。油圧アクチュエータのみがそのような高い推力を達成できますが、油圧アクチュエータは電動アクチュエータよりも大幅に高価です。電動アクチュエータの偏差防止能力は優れており、出力推力またはトルクは本質的に一定のままであり、媒体からの不均衡な力に効果的に対抗し、プロセスパラメータの正確な制御を実現します。したがって、制御精度は空気圧アクチュエータよりも高くなっています。サーボアンプを装備すると、直接動作と逆動作を簡単に切り替えることができ、弁位置の状態（保持/全開/全閉）を簡単に設定できます。故障が発生した場合、元の位置に留まります。これは、空気圧アクチュエータでは実現できないことです。空気圧アクチュエータは、位置保持を実現するために、組み合わせ保護システムに依存する必要があります。

電動アクチュエータの主な欠点には、より複雑な構造、故障の可能性が高いこと、およびその複雑さのために、現場のメンテナンス担当者の技術要件が比較的高いことが含まれます。モーターの動作は熱を発生し、調整が頻繁に行われると、モーターが過熱し、熱保護がトリガーされ、減速ギアの摩耗も増加します。さらに、操作は比較的遅く、コントローラーからの信号に弁が応答し、対応する位置に移動するのにかなりの時間がかかります。これは、空気圧および油圧アクチュエータに比べて不足している点です。