JP2009138776A - 調節弁の漏洩診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グランドパッキンの種類に拘わらず、簡単に、かつ定量的に、調節弁の漏洩診断を行う。
【解決手段】ポジショナ２に流体漏洩診断部２−３を設ける。流体漏洩診断部２−３は、開度制御部２−１へ駆動指令を送って弁体１−２を所定回数往復動させ、この間に検出されるシール力Ｆ（軸力センサＳ２が検出する軸方向荷重Ｗから求められる摩擦力Ｆ）と圧力センサＳ３が検出する流体圧Ｐを対として同タイミングでサンプリングし、このサンプリングされた各データ群（Ｆｉ’，Ｐｉ’）の閾値作成手段によって作成されたシール力Ｆと流体圧Ｐのデータ群の重心（Ｆａｖ，Ｐａｖ）からの乖離を示すマハラノビス距離Ｄｉ’（Ｄｉ’〜Ｄｍ’）を求め、このマハラノビス距離Ｄ１’〜Ｄｍ’の平均値Ｄａｖ’とメモリＭ１中の閾値Ｄｔｈとの比較結果に基づき、グランドパッキン１−４から流体が漏洩しているか否かを判断する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、弁軸の外周面とこの弁軸が挿通される挿通孔の内周面との間に設けられたシール部材からの流体の漏洩を診断する調節弁の漏洩診断装置に関するものである。

従来より、空調制御システムなどでは、冷温水などの流体の流量を制御するために、調節弁が用いられている。調節弁は、流体の流量を規制する弁体と、この弁体に連結された弁軸とを備え、弁軸の外周面とこの弁軸が挿通される挿通孔（軸挿通孔）の内周面との間には、その隙間から流体が外部に漏洩することを防止するために、グランドパッキンと呼ばれるシール部材が設けられている。

この調節弁において、クランドパッキンには、軸挿通孔の開口端側からパッキン締付具を用いて、弁軸の軸方向への締付力が付与される。これにより、軸挿通孔内でグランドパッキンに弁軸の径方向の面圧（側面圧）が付与され、グランドパッキンによるシール性が確保される。なお、グランドパッキンは複数のリング状のパッキンから構成され、これらパッキンが弁軸の軸方向に密着して設けられている。

このような調節弁を駆動していると、グランドパッキンの締付力が弱まったり、グランドパッキン自体が劣化したりして、やがては流体の漏洩を許すことになってしまう。そこで、グランドパッキンから流体が漏洩しているか否かを診断する装置が求められており、その一例として特許文献１にグランドパッキンの性能診断装置が開示されている。

この特許文献１に示されたグランドパッキンの性能診断装置では、弁軸の軸方向に加えられる荷重を軸方向荷重として検出し、この検出した軸方向荷重よりグランドパッキンと弁軸との間に働く摺動抵抗値を求め、この摺動抵抗値から弁軸に対するグランドパッキンの側面圧を演算し、この演算したグランドパッキンの側面圧に基づいて、グランドパッキンのシール性能を定量的に判別するようにしている。

特開２００４−１００７４０号公報 特開２００６−２７５３０３号公報 特開２００６−２７５４１１号公報 「マハラノビスの平方距離」、〔平成１９年７月１１日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ａｏｋｉ２．ｓｉ．ｇｕｎｍａ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｌｅｃｔｕｒｅ／Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｎｔ／ｍａｈａｌａｎｏｂｉｓ．ｈｔｍｌ＞

しかしながら、特許文献１に示されたグランドパッキンの性能診断装置によると、グランドパッキンの側面圧を求めるためには、断面形状が正方形又は長方形であって、全てのパッキンが同じ面圧伝達係数、同じ側面圧係数を満たす必要があり、それらを満たす特殊な場合のみに適用できるものであって、グランドパッキンの断面がＶ字形状のＶリングパッキンである場合など、ほとんどのケースには適用することができない。また、各パッキンの側面圧を個別に演算して求め、その側面圧からそれぞれのシール性能を判別するようにしており、簡単に調節弁の漏洩診断を行うことができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、グランドパッキンの種類に拘わらず、簡単に、かつ定量的に、調節弁の漏洩診断を行うことが可能な調節弁の漏洩診断装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、弁本体と、この弁本体内を通過する流体の流量を規制する弁体と、この弁体に連結された弁軸と、この弁軸の外周面とこの弁軸が挿通される弁本体内の挿通孔の内周面との間に設けられたシール部材と、挿通孔に沿って弁軸を摺動移動させる弁駆動手段とを備えた調節弁に付設され、シール部材からの流体の漏洩を診断する調節弁の漏洩診断装置において、シール部材と弁軸の外周面および挿通孔の内周面との間の密着力を示す力をシール力として検出するシール力検出手段と、シール部材に加わる流体の圧力を検出する流体圧検出手段と、シール部材からの流体の漏洩を診断する際に使用する閾値の作成を指示する閾値作成指令に応えて、弁駆動手段へ駆動指令を送って弁体を所定回数往複動させ、この間に検出されるシール力と流体圧を対として同タイミングでサンプリングし、サンプリングされたシール力と流体圧のデータ群の重心からの各データ群の乖離を示すマハラノビス距離を参照値とし、この参照値から閾値を作成する閾値作成手段と、この閾値作成手段によって作成された閾値を記憶するメモリと、シール部材からの流体の漏洩診断の開始を指示する漏洩診断開始指令に応えて、弁駆動手段へ駆動指令を送って弁体を所定回数往復動させ、この間に検出されるシール力と流体圧を対として同タイミングでサンプリングし、このサンプリングされた各データ群の閾値作成手段によって作成されたシール力と流体圧のデータ群の重心からの乖離を示すマハラノビス距離を求め、このマハラノビス距離とメモリに記憶されている閾値とに基づいてシール部材から流体が漏洩しているか否かを判断する流体漏洩判断手段とを設けたものである。

この発明において、流体漏洩判断手段で使用する閾値は、例えば次のようにして作成する。シール部材から流体の漏洩が発生していない正常時に、閾値の作成を指示する閾値作成指令を送る。この閾値作成指令に応えて、弁体を所定回数往復動させ、この間に検出されるシール力（Ｆ）と流体圧（Ｐ）を対として同タイミングでサンプリングし、このサンプリングされたシール力（Ｆ１〜Ｆｎ）と流体圧（Ｐ１〜Ｐｎ）の正常状態のデータ群の重心（Ｆａｖ，Ｐａｖ）からの各データ群（Ｆｉ，Ｐｉ）の乖離を示すマハラノビス距離Ｄｉ（Ｄｉ〜Ｄｍ）を参照値として求め、この参照値Ｄ１〜Ｄｍから閾値を作成する。例えば、参照値Ｄ１〜Ｄｍの平均値Ｄａｖを求め、５・Ｄａｖを閾値Ｄｔｈとしたり、Ｄａｖ＋α（正の値）を閾値Ｄｔｈとしたりする。この作成した閾値はメモリに記憶させておく。

そして、流体漏洩判断手段は、シール部材からの流体の漏洩診断の開始を指示する漏洩診断開始指令に応えて、弁体を所定回数往復動させ、この間に検出されるシール力（Ｆ’）と流体圧（Ｐ’）を対として同タイミングでサンプリングし、このサンプリングされたシール力（Ｆ１’〜Ｆｎ’）と流体圧（Ｐ１’〜Ｐｎ’）の閾値作成手段によって作成された正常状態のシール力（Ｆ１〜Ｆｎ）と流体圧（Ｐ１〜Ｐｎ）の正常状態のデータ群の重心（Ｆａｖ，Ｐａｖ）からの乖離を示すマハラノビス距離Ｄｉ’（Ｄ１’〜Ｄｍ’）を求め、このマハラノビス距離Ｄ１〜Ｄｍとメモリに記憶されている閾値とに基づいてシール部材から流体が漏洩しているか否かを判断する。例えば、マハラノビス距離Ｄ１’〜Ｄｍ’の平均値Ｄａｖ’を求め、このマハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’と予め定められている閾値Ｄｔｈとを比較し、マハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’が閾値Ｄｔｈを超えていれば、シール部材から流体が漏洩していると判断する。

本発明において、シール力検出手段は、シール部材と弁軸の外周面および挿通孔の内周面との間の密着力を示す力をシール力として検出する。例えば、「弁軸の軸方向に加わる荷重から求められる摩擦力」をシール力として検出したり、「シール部材に弁軸の軸方向への締付力を与えるボルトの歪み値から求められる力」をシール力として検出する。

本発明によれば、弁体を所定回数往復動させ、この間に検出されるシール力と流体圧を対として同タイミングでサンプリングし、このサンプリングされたシール力と流体圧のデータ群の正常状態におけるシール力と流体圧のデータ群の重心からの乖離を示すマハラノビス距離を求め、このマハラノビス距離と閾値とに基づいてシール部材（グランドパッキン）から流体が漏洩しているか否かを判断するようにしたので、各パッキンの側面圧を個別に演算する必要がなく、グランドパッキンの種類に拘わらず、簡単に、かつ定量的に、調節弁の漏洩診断を行うことが可能となる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る調節弁の漏洩診断装置を含む調節弁制御システムの概略を示す図である。同図において、１は調節弁、２は調節弁１に付設されたポジショナ、３はブースタリレー、４は空気源、５は上流側配管、６は下流側配管である。

調節弁１は、その弁ハウジング（弁本体）１−１に、上流側配管５を通って冷温水などの流体が流入する流入口１ａと下流側配管６へ流体が流出する流出口１ｂとを有し、流入口１ａと流出口１ｂとをつなぐ流路１ｃ内には弁座１ｄが設けられている。弁座１ｄに対しては、この弁座１ｄに離・着座して流路１ｃを流れる流体の流量を規制する弁体１−２が設けられており、弁体１−２には弁軸（ステム）１−３が連結されている。すなわち、弁軸１−３の先端に弁体１−２が設けられており、弁軸１−３の摺動移動により弁体１−２が上下動するようになっている。なお、弁体１−２と弁軸１−３は一体であっても良い。

弁軸１−３は、弁ハウジング１−１内に形成された挿通孔（軸挿通孔）１ｅに挿通されており、弁軸１−３の外周面と軸挿通孔１ｅの内周面との間にはグランドパッキン１−４が設けられている。グランドパッキン１−４は弁軸１−３の軸方向に密着して設けられた複数のリング状のパッキンから構成されている。

グランドパッキン１−４は、流路１ａから軸挿通孔１ｅに流れ込む流体の外部への流出を阻止するために設けられている。

グランドパッキン１−４には、軸挿通孔１ｅの開口端側からパッキン締付具１−５を用いて、弁軸１−３の軸方向への締付力が付与されている。すなわち、ボルト（グランドボルト）１ｆとナット（グランドナット）１ｇとによってパッキンホロア１ｈをグランドパッキン１−４の上端部に締め付けることによって、グランドパッキン１−４に弁軸１−３の軸方向への締付力を付与している。これにより、軸挿通孔１ｅ内でグランドパッキン１−４に弁軸１−３の径方向の面圧（側面圧）が付与され、グランドパッキン１−４によるシール性が確保される。

弁軸１−３の上端はロードセル１−６を介して操作器１−７内の駆動軸１ｉに連結されている。また、弁軸１−３と駆動軸１ｉの連結部には弁体１−２の弁開度θを検出する弁開度センサＳ１が取り付けられている。操作器１−７は、ダイアフラム１ｊを備えており、空気源４からのブースタリレー３を介する空気圧に応じて駆動軸１ｉを上下動させ、軸挿通孔１ｅに沿って弁軸１−３を摺動移動させることにより、弁体１−２の弁座１ｄに対する移動位置（弁開度）を調整する。

このように構成された調節弁１において、ロードセル１−６には、弁軸１−３の軸方向に加わる荷重（軸方向荷重）Ｗを検出する軸力センサＳ２が設けられている。また、ハウジング１−１の流入口１ａに接続される上流側配管５には、グランドパッキン１−４の下端に加わる流体の圧力（流体圧）Ｐを検出する圧力センサＳ３が設けられている。

ポジショナ２は、開度制御部２−１と、電空変換部２−２と、流体漏洩診断部２−３と、診断結果表示部２−４と、閾値作成指示手段２−５と、漏洩診断開始指示手段２−６とを備えている。

開度制御部２−１は、上位装置から送られてくる開度制御指令に応じて、弁開度センサＳ１が検出する弁体１−２の弁開度θと指令値とを比較し、両者が一致するように、空気源４からのブースタリレー３を介する操作器１−７への空気圧を電空変換部２−２を介して制御する。

本実施の形態において、閾値作成指示手段２−５および漏洩診断開始指示手段２−６はスイッチとされおり、閾値作成指示手段２−５をオンとすると、流体漏洩診断部２−３に対して閾値作成指令が送られ、漏洩診断開始指示手段２−６をオンとすると、流体漏洩診断部２−３に対して漏洩診断開始指令が送られる。

流体漏洩診断部２−３は、弁開度センサＳ１が検出する弁体１−２の弁開度θ、軸力センサＳ２が検出する弁軸１−３の軸方向荷重Ｗ、圧力センサＳ３が検出するグランドパッキン１−４の下端に加わる流体圧Ｐを入力とし、閾値作成指示手段２−５からの閾値作成指令に応じて、漏洩診断に際して使用する閾値を作成し、漏洩診断開始指示手段２−６からの漏洩診断開始指令に応じて、グランドパッキン１−４から流体が漏洩しているか否かを判断する。

流体漏洩診断部２−３での処理機能は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働するプログラムとによって実現される。以下、図２および図３に示すフローチャートに従って、流体漏洩診断部２−３が有する閾値作成処理機能および流体漏洩判断処理機能について説明する。なお、このプログラムは媒体に記憶された形で提供され、ハードウェアシステムに組み込まれている記憶装置にインストールされることによって実行される。

〔閾値作成処理機能〕
操作員は、調節弁１の運用開始時など、グランドパッキン１−４から流体の漏洩が発生していない正常時に、閾値作成指示手段２−５をオンとし、流体漏洩診断部２−３に対して閾値作成指令を送る。

流体漏洩診断部２−３は、閾値作成指示手段２−５から閾値作成指令が送られてくると（図２：ステップＳ１０１のＹＥＳ）、所定回数（ｍ回）の往復動を指示する弁駆動指令を開度制御部２−１へ送る（ステップＳ１０２）。

開度制御部２−１は、流体漏洩診断部２−３からの弁駆動指令を受けて、弁体１−２の弁開度θを０％にしたうえ、弁開度θ＝０％からθ＝１００％を往路とし、θ＝１００％からθ＝０％を復路とし、弁体１−２の往復動を指示された回数（ｍ回）行う。

この弁体１−２の往復動中、流体漏洩診断部２−３は、弁開度センサＳ１からの弁体１−２の弁開度θ、軸力センサＳ２からの弁軸１−３の軸方向荷重Ｗ、圧力センサＳ３からの流体圧Ｐを同タイミングでサンプリングする（ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の繰り返し）。

例えば、弁開度θが所定開度変化する毎に、軸方向荷重Ｗと流体圧Ｐを対としてサンプリングする。この際、流体漏洩診断部２−３は、軸方向荷重Ｗから求められるグランドパッキン１−４の摩擦力Ｆをシール力（グランドパッキン１−４と弁軸１−３の外周面および軸挿通孔１ｅの内周面との間の密着力を示す力）として検出し、摩擦力Ｆと流体圧Ｐとを弁開度θに対応づけて記憶する（図４参照）。

そして、流体漏洩診断部２−３は、指示された回数（ｍ回）の弁体１−２の往復動が終了すると（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、その間に検出された流体圧Ｐ（Ｐ１〜Ｐｎ）の平均値Ｐａｖと摩擦力Ｆ（Ｆ１〜Ｆｎ）の振幅の平均値であるＦａｖ（平均摩擦力振幅）を算出する（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。

また、下記（１）式に従って、流体圧Ｐの標準偏差σ１を算出し（ステップＳ１０９）、下記（２）式に従って、摩擦力Ｆの振幅の標準偏差σ２を算出する（ステップＳ１１０）。

そして、ｉ＝１とし（ステップＳ１１１）、ｉ＞ｍとなるまで（ステップＳ１１２のＹＥＳ）、ｉ＝ｉ＋１としながら（ステップＳ１１４）、サンプリングされた摩擦力Ｆの振幅と流体圧Ｐのデータ群の重心（Ｆａｖ，Ｐａｖ）からの１往復動分の各データ群（Ｆｉ，Ｐｉ）の乖離を示すマハラノビス距離Ｄ（Ｄｉ）を参照値として算出する（ステップＳ１１３）。

この場合、マハラノビス距離Ｄｉは、下記（３）式に従って求める。なお、この（３）式において、ｕ１ｉはｕ１ｉ＝（Ｐｉ−Ｐａｖ）／σ１とし、ｕ２ｉはｕ２ｉ＝（Ｆｉ−Ｆａｖ）／σ２とする。ρは相関係数である。マハラノビス距離Ｄについては、例えば特許文献２，３や非特許文献１などに開示されているので、ここでの詳しい説明は省略する。

このステップＳ１１２〜Ｓ１１４の繰り返しにより、各回の１往復動分の各データ群（Ｆｉ，Ｐｉ）について、グランドパッキン１−４から流体の漏洩が発生していない正常時のマハラノビス距離Ｄｉ（Ｄ１〜Ｄｍ）が参照値として求められることになる。

次に、流体漏洩診断部２−３は、参照値として求めたマハラノビス距離Ｄｉ（Ｄ１〜Ｄｍ）の平均値Ｄａｖを算出する（ステップＳ１１５）。そして、この平均値Ｄａｖの５倍を閾値Ｄｔｈ（Ｄｔｈ＝５・Ｄａｖ）とし（ステップＳ１１６）、メモリＭ１に格納する（ステップＳ１１７）。

〔流体漏洩判断処理機能〕
操作員は、調節弁１の運用中、調節弁１の漏洩診断を行いたい場合、漏洩診断開始指示手段２−６をオンとし、流体漏洩診断部２−３に対して漏洩診断開始指令を送る。

流体漏洩診断部２−３は、漏洩診断開始指示手段２−６から漏洩診断開始指令が送られてくると（図３：ステップＳ２０１のＹＥＳ）、所定回数（ｍ回）の往復動を指示する弁駆動指令を開度制御部２−１へ送る（ステップＳ２０２）。

開度制御部２−１は、流体漏洩診断部２−３からの弁駆動指令を受けて、弁体１−２の弁開度θを０％にしたうえ、弁開度θ＝０％からθ＝１００％を往路とし、θ＝１００％からθ＝０％を復路とし、弁体１−２の往復動を指示された回数（閾値作成の場合と同じ回数：ｍ回）行う。

この弁体１−２の往復動中、流体漏洩診断部２−３は、弁開度センサＳ１からの弁体１−２の弁開度θ、軸力センサＳ２からの弁軸１−３の軸方向荷重Ｗ、圧力センサＳ３からの流体圧Ｐを同タイミングでサンプリングする（ステップＳ２０３〜Ｓ２０６の繰り返し）。

この流体漏洩判断処理においても、閾値の作成の場合と同様、弁開度θが所定開度変化する毎に、軸方向荷重Ｗと流体圧Ｐを対としてサンプリングする。この際、流体漏洩診断部２−３は、軸方向荷重Ｗから求められるグランドパッキン１−４の摩擦力Ｆをシール力（グランドパッキン１−４と弁軸１−３の外周面および軸挿通孔１ｅの内周面との間の密着力を示す力）として検出し、摩擦力Ｆ（Ｆ１’〜Ｆｎ’）と流体圧Ｐ（Ｐ１’〜Ｐｎ’）とを弁開度θに対応づけて記憶する（図５参照）。

そして、流体漏洩診断部２−３は、指示された回数（ｍ回）の弁体１−２の往復動が終了すると（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、ｉ＝１とし（ステップＳ２１１）、ｉ＞ｍとなるまで（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、ｉ＝ｉ＋１としながら（ステップＳ２１４）、前記閾値作成処理で算出された摩擦力Ｆの振幅と流体圧Ｐのデータ群の重心（Ｆａｖ，Ｐａｖ）からの１往復動分の各データ群（Ｆｉ’，Ｐｉ’）の乖離を示すマハラノビス距離Ｄ（Ｄｉ’）を算出する（ステップＳ２１３）。

この場合、マハラノビス距離Ｄｉ’は、前記（３）式に対応する下記（４）式に従って求める。なお、この（４）式において、ｕ１ｉ’はｕ１ｉ’＝（Ｐｉ’−Ｐａｖ）／σ１とし、ｕ２ｉ’はｕ２ｉ’＝（Ｆｉ’−Ｆａｖ）／σ２とする。

このステップＳ２１２〜Ｓ２１４の繰り返しにより、各回の１往復動分の各データ群（Ｆｉ’，Ｐｉ’）について、グランドパッキン１−４からの流体の現在の漏洩の度合いに応じた大きさのマハラノビス距離Ｄｉ’（Ｄ１’〜Ｄｍ’）が求められることになる。

すなわち、グランドパッキン１−４からの流体の漏洩が生じていなければ、正常時とほゞ同じ大きさのマハラノビス距離Ｄｉ’が求められるものとなり、グランドパッキン１−４からの流体の漏洩が生じていれば、正常時よりも大きなマハラノビス距離Ｄｉ’が求められるものとなる。

図６（ｃ）および（ｄ）に調節弁１のランニング回数（弁の往復動の回数）と摩擦力Ｆおよびグランドパッキン１−４からの流体の漏れの変化を示す。グランドパッキン１−４が新しい時は、流体の漏洩は少なく、摩擦力Ｆは大きい。この場合、マハラノビス距離Ｄｉ’は小さい。調節弁１のランニング回数が増して、グランドパッキン１−４からの流体の漏れが大きくなると、摩擦力Ｆは小さくなる。この場合、マハラノビス距離Ｄｉ’は大きくなる。なお、図６（ａ）は弁開度θの変化を示し、図６（ｂ）はグランドボルト１ｆの引張力の変化を示す。グランドパッキン１−４からの流体の漏れが大きくなると、グランドボルト１ｆの引張力も小さくなる。

次に、流体漏洩診断部２−３は、ステップＳ２１３で求めたマハラノビス距離Ｄｉ’（Ｄ１’〜Ｄｍ’）の平均値Ｄａｖ’を算出し（ステップＳ２１５）、この平均値Ｄａｖ’とメモリＭ１に格納されている閾値Ｄｔｈとを比較する（ステップＳ２１６）。

ここで、マハラノビス距離Ｄｉ’の平均値Ｄａｖ’が閾値Ｄｔｈを超えていれば（ステップＳ２１６のＹＥＳ）、グランドパッキン１−４から流体が漏洩していると判断し（ステップＳ２１７）、その判断結果を診断結果表示部２−４に出力する（ステップＳ２１９）。

マハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’が閾値Ｄｔｈ以下であれば（ステップＳ２１６のＮＯ）、グランドパッキン１−４からの流体の漏洩が生じていないと判断し（ステップＳ２１８）、その判断結果を診断結果表示部２−４に出力する（ステップＳ２１９）。

図７に調節弁１のランニング回数とマハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’の変化を示す。グランドパッキン１−４が新しい時は、グランドパッキン１−４からの流体の漏れは少なく、マハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’は閾値Ｄｔｈ以下である。調節弁１のランニング回数が増して、グランドパッキン１−４からの流体の漏れが大きくなると、マハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’が大きくなり、閾値Ｄｔｈを超えるようになる。

以上の説明から分かるように、本実施の形態によれば、弁体１−２を所定回数往復動させ、この間に検出される摩擦力Ｆと流体圧Ｐを対として同タイミングでサンプリングし、このサンプリングされた摩擦力Ｆと流体圧Ｐのデータ群の重心からの各データ群の乖離を示すマハラノビス距離Ｄを求め、このマハラノビス距離Ｄに基づいてグランドパッキン１−４から流体が漏洩しているか否かを判断するようにしているので、各パッキンの側面圧を個別に演算する必要がなく、グランドパッキン１−４の種類に拘わらず、簡単に、かつ定量的に、調節弁１の漏洩診断を行うことができる。

なお、上述した実施の形態では、弁開度θ＝０％からθ＝１００％の間で弁体１−２を往復動させるようにしたが、θ＝１０％からθ＝９０％の間で往復動させるなど、その往復動の範囲を変えるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、弁開度θが所定開度変化する毎に摩擦力Ｆと流体圧Ｐを対としてサンプリングするようにしたが、所定時間経過する毎に摩擦力Ｆと流体圧Ｐを対としてサンプリングするようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、軸方向荷重Ｗから求められるグランドパッキン１−４の摩擦力Ｆをシール力として検出し、摩擦力Ｆと流体圧Ｐとからマハラノビス距離Ｄを求めるようにしたが、グランドボルト１ｆの歪み値から求められる引張力Ｆをシール力とし検出し、引張力Ｆと流体圧Ｐとからマハラノビス距離Ｄを求めるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、閾値ＤｔｈをＤｔｈ＝５・Ｄａｖとするようにしたが、閾値ＤｔｈをＤｔｈ＝Ｄａｖ＋α（正の値）とするなどしてもよい。また、マハラノビス距離Ｄ１’〜Ｄｍ’毎に閾値Ｄｔｈを定めるようにしてもよい。マハラノビス距離Ｄ１’〜Ｄｍ’毎に閾値Ｄｔｈを定める場合、例えば、閾値を超えたマハラノビス距離Ｄｉ’の個数をカウントし、その個数より流体が漏洩しているか否かを判断するようにしたり、１つでも閾値を超えたマハラノビス距離Ｄｉ’があれば流体が漏洩していると判断したりすることが考えられる。

また、上述した実施の形態では、操作員が漏洩診断開始指示手段２−６をオンとすることにより、流体漏洩診断部２−３に漏洩診断開始指令が送られるものとしたが、調節弁１の運用中、自動的に流体漏洩診断部２−３に漏洩診断開始指令が送られるようにしてもよい。同様に、調節弁１の運用開始時、自動的に、流体漏洩診断部２−３に閾値作成指令が送られるようにしてもよい。

なお、図８に、上述した実施の形態における流体漏洩診断部２−３の要部の機能ブロック図を示す。流体漏洩診断部２−３は、閾値作成手段２−３１と、漏洩判断手段２−３２と、メモリＭ１とを備えている。

閾値作成手段２−３１は、外部からの閾値作成指令に応えて、開度制御部２−１へ駆動指令を送って弁体１−２を所定回数往復動させ、この間に検出されるシール力Ｆ（軸力センサＳ２が検出する軸方向荷重Ｗから求められる摩擦力Ｆ）と圧力センサＳ３が検出する流体圧Ｐを対として同タイミングでサンプリングし、このサンプリングしたシール力Ｆと流体圧Ｐのデータ群の重心（Ｆａｖ，Ｐａｖ）からの各データ群（Ｆｉ，Ｐｉ）の乖離を示すマハラノビス距離Ｄｉ（Ｄ１〜Ｄｍ）を参照値とし、この参照値Ｄ１〜Ｄｍの平均値Ｄａｖを求め、この平均値Ｄａｖから閾値Ｄｔｈ（Ｄｔｈ＝５・Ｄａｖ）を作成し、メモリＭ１に記憶する。

流体漏洩判断手段２−３２は、外部からの漏洩診断開始指令に応えて、開度制御部２−１へ駆動指令を送って弁体１−２を所定回数往復動させ、この間に検出されるシール力Ｆ’（軸力センサＳ２が検出する軸方向荷重Ｗ’から求められる摩擦力Ｆ’）と圧力センサＳ３が検出する流体圧Ｐ’を対として同タイミングでサンプリングし、閾値作成処理機能で求めたシール力Ｆと流体圧Ｐのデータ群の重心（Ｆａｖ，Ｐａｖ）からの各データ群（Ｆｉ’，Ｐｉ’）の乖離を示すマハラノビス距離Ｄｉ’（Ｄｉ’〜Ｄｍ’）を求め、このマハラノビス距離Ｄ１’〜Ｄｍ’の平均値Ｄａｖ’とメモリＭ１に記憶されている閾値Ｄｔｈとを比較し、マハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’が閾値Ｄｔｈを超えていれば、グランドパッキン１−４から流体が漏洩していると判断する。

本発明に係る調節弁の漏洩診断装置を含む調節弁制御システムの概略を示す図である。 この調節弁制御システムにおけるポジショナ内の流体漏洩診断部が有する閾値作成処理機能を説明するためのフローチャートである。 この調節弁制御システムにおけるポジショナ内の流体漏洩診断部が有する流体漏洩判断処理機能を説明するためのフローチャートである。 閾値作成処理に際する弁開度θ毎の摩擦力（シール力）Ｆと流体圧Ｐのサンプリング例および各データについて求められるマハラノビス距離Ｄを示す図である。 流体漏洩判断処理に際する弁開度θ毎の摩擦力（シール力）Ｆと流体圧Ｐのサンプリング例および各データについて求められるマハラノビス距離Ｄを示す図である。 調節弁のランニング回数と弁開度、ボルト引張力、摩擦力およびグランドパッキンからの流体の漏れの変化を示す図である。 調節弁のランニング回数とマハラノビス距離の平均値Ｄａｖ’の変化を示す図である。 流体漏洩診断部の要部の機能ブロック図である。

符号の説明

１…調節弁、１−１…弁ハウジング、１−２…弁体、１−３…弁軸（ステム）、１−４…グランドパッキン、１−５…パッキン締付具、１−６…ロードセル、１−７…操作器、１ａ…流入口、１ｂ…流出口、１ｃ…流路、１ｄ…弁座、１ｅ…挿通孔（軸挿通孔）、１ｆ…ボルト（クランドボルト）、１ｇ…ナット（グランドナット）、１ｈ…パッキンホロア、１ｉ…駆動軸、１ｊ…ダイアフラム、２…ポジショナ、２−１…開度制御部、２−２…電空変換部、２−３…流体漏洩診断部、２−４…診断結果表示部、２−５…閾値作成指示手段、２−６…漏洩診断指示手段、Ｍ１…メモリ、２−３１…閾値作成手段、２−３２…流体漏洩判断手段、Ｓ１…弁開度センサ、Ｓ２…軸力センサ、Ｓ３…圧力センサ。

Claims (3)

1. 弁本体と、この弁本体内を通過する流体の流量を規制する弁体と、この弁体に連結された弁軸と、この弁軸の外周面とこの弁軸が挿通される前記弁本体内の挿通孔の内周面との間に設けられたシール部材と、前記挿通孔に沿って前記弁軸を摺動移動させる弁駆動手段とを備えた調節弁に付設され、前記シール部材からの流体の漏洩を診断する調節弁の漏洩診断装置において、
   前記シール部材と前記弁軸の外周面および前記挿通孔の内周面との間の密着力を示す力をシール力として検出するシール力検出手段と、
   前記シール部材に加わる流体の圧力を検出する流体圧検出手段と、
   前記シール部材からの流体の漏洩を診断する際に使用する閾値の作成を指示する閾値作成指令に応えて、前記弁駆動手段へ駆動指令を送って前記弁体を所定回数往復動させ、この間に検出される前記シール力と前記流体圧を対として同タイミングでサンプリングし、サンプリングされたシール力と流体圧のデータ群の重心からの各データ群の乖離を示すマハラノビス距離を参照値とし、この参照値から前記閾値を作成する閾値作成手段と、
   この閾値作成手段によって作成された閾値を記憶するメモリと、
   前記シール部材からの流体の漏洩診断の開始を指示する漏洩診断開始指令に応えて、前記弁駆動手段へ駆動指令を送って前記弁体を所定回数往復動させ、この間に検出される前記シール力と前記流体圧を対として同タイミングでサンプリングし、
   このサンプリングされた各データ群の前記閾値作成手段によって作成されたシール力と流体圧のデータ群の重心からの乖離を示すマハラノビス距離を求め、この距離と前記メモリに記憶されている閾値とに基づいて前記シール部材から流体が漏洩しているか否かを判断する前記流体漏洩判断手段と
   を備えることを特徴とする調節弁の漏洩診断装置。
2. 請求項１に記載された調節弁の漏洩診断装置において、
   前記シール力検出手段は、前記弁軸の軸方向に加わる荷重から求められる摩擦力を前記シール力として検出する
   ことを特徴とする調節弁の漏洩診断装置。
3. 請求項１に記載された調節弁の漏洩診断装置において、
   前記シール力検出手段は、前記シール部材に前記弁軸の軸方向への締付力を与えるボルトの歪み値から求められる力を前記シール力として検出する
   ことを特徴とする調節弁の漏洩診断装置。

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