空気圧作動ボールバルブはどのように動作しますか?動作原理の説明

遠隔操作でラインが数秒で開くのを見たことがある人は、空気圧で作動するボールバルブが作動しているのを見ていることになるでしょう。圧縮空気がピストンを動かし、ピストンがボールを回転させ、ボールが流れを制御します。原理はシンプルですが、信頼性の高い自動化はいくつかの重要な詳細に依存します。

空気圧作動ボールバルブとは何ですか?

空気圧作動ボールバルブは、上部に空気圧アクチュエータが取り付けられた 4 分の 1 回転バルブです。バルブ本体には、機械加工されたボアを備えたボールが含まれています。ボアがパイプラインと一致すると、流体が流れます。ボールが 90 度回転すると、固体表面が流れをブロックします。アクチュエーターは手動レバーの代わりに使用され、バルブステムにトルクを供給します。

ボールバルブで使用される空気圧アクチュエータのほとんどはラックアンドピニオンです。加圧空気が 1 つまたは 2 つのピストンを押し、ラックがピニオン ギアを駆動してステムを回転させます。大型のバルブの場合、スコッチヨーク アクチュエータはより高い離脱トルクを生成します。

空気圧作動ボールバルブの主要コンポーネント

システムを 5 つの部分に分けると理解しやすくなります。

• バルブ本体とボール： 本体にはボール、シート、シールが入っています。ステンレス鋼は、腐食性ラインや計器ラインでよく使用されます。
• ステムと取り付け上部: ステムはボールをアクチュエーターに接続します。ほとんどのバルブは ISO 5211 取り付けパッドを使用します。
• 空気圧アクチュエータ: アクチュエーターは動力源です。圧縮空気を回転運動に変換します。
• 空気制御アクセサリ: ソレノイドバルブ、スピードコントロール、FRLユニットがアクチュエーターに入る空気を制御します。
• フェイルセーフモジュール: 空気圧が失われた場合、スプリングリターンユニットがバルブを安全な位置に移動させます。

機器のチューブ システムの場合、バルブ本体はステンレス鋼の二重フェルール ボール バルブであることがよくあります。この設計により、設置者はチューブを標準の圧縮継手に直接接続できるため、漏れ経路が減少し、設置が迅速化されます。

チューブシステム用ステンレス鋼製ダブルフェルールボールバルブ このバルブを使用すると、圧縮継手とチューブを直接接続できるため、漏れ経路が減り、取り付け時間が短縮されます。最大 3000 psig と幅広い温度範囲をサポートするため、高圧機器ラインにとって堅牢な選択肢となります。 製品を見る→

バルブ本体はアクチュエーターと同じくらい重要です。シートの仕上げが悪い、ステムの位置がずれている、または取り付けラグが弱い場合は、供給される空気の量に関係なく、パフォーマンスに影響を与えます。

空気圧作動ボールバルブはどのように動作しますか?

操作シーケンスは単純ですが、すべてのステップが応答時間と信頼性に影響します。

1. 圧縮空気は空気供給源からアクチュエータの入口ポートに入ります。
2. 空気圧がピストンを押します。複動アクチュエータでは、一方のポートが加圧され、もう一方のポートが排気されます。
3. ピストン ラックはピニオン ギアを回転させ、直線運動を 90 度の回転に変換します。
4. ピニオンがステムとボールを回転させ、バルブを開閉させます。
5. 制御信号が変化すると、ソレノイドは空気を反対側のポートに移し、サイクルが逆転します。

スプリングリターンアクチュエータでは、空気を使用してスプリングを圧縮し、バルブを 1 つの位置に移動します。空気が放出されると、スプリングがピストンとバルブをフェールセーフ位置に押し戻します。これは、多くの緊急停止バルブと遮断バルブが動作する仕組みです。

複動式空気圧アクチュエータとスプリングリターン式空気圧アクチュエータ

最も一般的なアクチュエータ構成は、複動式とスプリングリターン式の 2 つです。正しい選択は、空気の供給が失われたときにバルブが何かをする必要があるかどうかによって決まります。

プロセスの安全性を考慮すると、スプリングリターンがより一般的な選択です。空気供給の信頼性が高く、簡単な遠隔オン/オフ サービスの場合は、多くの場合複動式で十分であり、より経済的です。

サポートコンポーネントとそれが動作に与える影響

空気圧アクチュエータだけでは、それ自体を制御できません。最も一般的なサポート コンポーネントは、ソレノイド バルブ、リミット スイッチ、FRL ユニット、ポジショナーです。

• 電磁弁： ソレノイドは電気インターフェースです。アクチュエータの一方の側に空気を送り、もう一方の側から排気します。
• リミットスイッチ: リミットスイッチは、バルブが開いているか閉じているかを制御室に伝えます。
• FRL単位： フィルター・レギュレーター・ルブリケーターは、空気を浄化し、圧力を設定し、可動部品に潤滑を与えます。
• ポジショナー: ポジショナは、制御信号と実際のバルブ位置を比較することにより、ボールバルブのスロットル流量を制御します。

単純に絶縁するにはソレノイドとリミットスイッチで十分です。流量を調整するにはポジショナが必要です。汚れた空気または湿った空気は、アクチュエータの故障の一般的な原因です。

用途とメリット

空気圧作動ボールバルブは、遠隔、高速、またはフェールセーフな流量制御が必要な場合に使用されます。一般的な例には、計器用空気ヘッダー、化学薬品投与スキッド、水力発電ユニット、ガスベントライン、水処理システムなどがあります。バルブには大型の電気モーターがないため、ソレノイドとポジショナーが適切に定格されている場合、空気圧による作動が危険な場所に適しています。

高圧ガスおよび油圧システムでは、バルブ本体は高い差圧に耐えられる十分な強度が必要です。空気圧アクチュエーターを備えた鍛造ステンレス鋼の高圧ボールバルブは、信頼性の高い遮断を提供し、空気の供給が失われた場合にフェールクローズするように構成できます。

アクチュエータオプション付きステンレス鋼製高圧ボールバルブ 高差圧用に鍛造されたこのバルブは、複数の接続タイプと高流量用の大口径を提供します。空気圧アクチュエータと組み合わせると、遠隔操作と緊急排気のためのフェールセーフ閉鎖が可能になります。 製品を見る→

空気圧作動のボールバルブは制御室から操作でき、PLC によってサイクル制御され、安全ロジックに統合できます。また、迅速に反応するため、緊急時の換気にも重要です。

主要な選択とメンテナンスに関する考慮事項

適切な空気圧作動ボールバルブの選択はトルクから始まります。アクチュエータは、離脱トルク、差圧、ステムシールの摩擦を克服する必要があります。アクチュエータのサイズが小さいことは、現場でよく見られる問題の 1 つです。

• トルク: 使用圧力におけるバルブメーカーのトルクデータを使用し、安全マージンを追加してください。
• バルブ材質： SS316 は、ほとんどの産業用、計器用、油圧用アプリケーションにとって安全な選択肢です。
• シート素材: PTFEシートが標準装備されています。高温の場合は、PPL または金属シートを使用してください。
• フェイルセーフアクション: バルブをフェイルオープンするかフェイルクローズする必要があるかを決定します。
• 制御信号: ソレノイドが DC24 V、AC110 V、またはその他のプラント規格であるかどうかを確認します。

ボールバルブの種類とその比較について詳しくは、以下を参照してください。 ボールバルブの動作原理と選択に関するガイド .

スペースも重要です。混雑したインストルメント パネルでは、ダブルフェルール 90 度アングル ボール バルブがアクチュエータをチューブ配管に近づけながら、漏れのない接続を提供します。

ステンレス鋼製ダブルフェルール90度アングルボールバルブ 90 度の設計により、漏れのないシールを維持しながら、密集したパネル上のチューブにアクチュエータを近づけることができます。トップエントリー機能により、システムを分解せずにオンライン検査が可能となり、ダウンタイムが削減されます。 製品を見る→

メンテナンスは主にエア供給とシールに関するものです。空気を乾燥した清潔な状態に保ち、ソレノイド コイルをチェックし、定期的にバルブを循環させてください。バルブがストロークしない場合は、ソレノイドと空気圧から始めます。

最終的な考え

空気圧作動のボールバルブは複雑な機械ではありません。圧縮空気がピストンを動かし、ピストンがピニオンを回転させ、ピニオンがステムを回転させ、ステムがボールを回転させます。エンジニアリングの価値は細部にあります。適切に加工されたバルブ本体、適切なサイズのアクチュエーター、きれいな空気、プロセスのリスクに見合ったフェールセーフ構成などです。これらの詳細が適切に処理されれば、空気圧作動ボールバルブは、長年にわたって高速で再現性があり、信頼性の高い流量制御を提供できます。