JP2019056451A

JP2019056451A - センサ付きバルブ並びにこれを用いた監視システムおよび流体供給装置

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Publication number: JP2019056451A
Application number: JP2017182231A
Authority: JP
Inventors: 智也森田; Tomoya Morita; 浩司平松; Koji Hiramatsu; 薬師神　忠幸; Tadayuki Yakushijin; 忠幸薬師神
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: JP7022975B2

Abstract

【課題】シール性確保のための実際の面圧等を、組み立て時のみならず、組み立て後においてもモニターすることができるセンサ付きバルブを提供することである。【解決手段】入口流路21および出口流路22を連通する連通部24を有するバルブボディ2と、前記連通部24に配設された弁体3と、前記弁体3を動かす駆動機構7と、前記バルブボディ2を貫通し、前記駆動機構7と前記弁体3とを連結する軸体4と、前記軸体4の周囲に設けられ、前記軸体4と前記バルブボディ2との間をシールするグランドパッキン40と、前記グランドパッキン40と接する位置に配置されたセンサ100と、を有するセンサ付きバルブである。【選択図】図１

Description

この発明は、センサが搭載されたバルブ並びにこれを用いた監視システムおよび流体供給装置に関する。

ボール弁等のバルブは、流体の流れを制御するための機器として、製造装置、プラント装置、検査装置等の数多くの製品分野に利用されている。

バルブは、入口流路、出口流路を連通する連通部を有するバルブボディと、この連通部に配設される流路を開閉する弁体とを有している。

手動バルブの場合は上部に備えられるハンドルによって、自動バルブの場合はモータによって、この弁体は駆動させられ、ハンドルまたはモータと弁体との間に、ステムと呼ばれる連結部材が介在している。

例えば、特許文献１の図１に記載のボール弁では、流体がバルブボディ2からステム5の軸方向に漏出するのを防止するために、グランドパッキン14,15がステム5の周囲に設けられ、ナット19の締め付けによって上方から押圧されている。

このグランドパッキン14,15がステム5およびバルブボディ2と密着することによって、ステム軸に沿って流体が漏れ出ることが防止されている。

特開２０１５−１４０８５４号公報

グランドパッキンのシール性の確保は、ナットの締め付けトルクに依っており、バルブ使用時におけるシール性の低下に対しては定期的に規定のトルクで締め付けを行うことで確保されてきた。しかしながら、シール性の低下はバルブの個体差や使用状態により異なり、シール性が維持されているかどうかを、数多くのバルブに対して一点ずつ締め付けを行うことは、労力を要するとともに、確認漏れが発生する可能性がある。

この発明の目的は、センサをバルブに搭載することによって、シール性確保のための実際の面圧等を、組み立て時のみならず、組み立て後においてもモニターすることができるセンサ付きバルブを提供することである。

本発明（１）は、入口流路および出口流路を連通する連通部を有するバルブボディと、前記連通部に配設された弁体と、前記弁体を動かす駆動機構と、前記バルブボディを貫通し、前記駆動機構と前記弁体とを連結する軸体と、前記軸体の周囲に設けられ、前記軸体と前記バルブボディとの間をシールするグランドパッキンと、前記グランドパッキンと接する位置に配置されたセンサと、を有するセンサ付きバルブである。

このセンサは、グランドパッキンがステムおよびバルブボディと密着しているかどうかを、組み立て時のみならず、組み立て後においても常時監視することができる。

本発明（２）は、前記センサが、ひずみゲージまたは圧力センサである本発明（１）に記載のセンサ付きバルブである。

グランドパッキン表面にかかる面圧やグランドパッキン表面に発生するひずみを計測することによって、グランドパッキンがステムおよびバルブボディと密着しているかどうかを、組み立て時のみならず、組み立て後においても常時監視することができる。また、グランドパッキンに流体が侵入したときの面圧の変化を検知することも可能であり、流体の漏出前にバルブの異常を検知することができる。

本発明（３）は、本発明（１）または（２）に記載のセンサ付きバルブを有する監視システムであって、前記センサからの信号を受信する受信部と、前記センサから受信した信号を所定の値と比較する比較部と、前記比較部で比較した結果を発信する発信部と、を有する監視システムである。

センサ付きバルブにセンサからの信号を受信する受信部と、センサから受信した信号を所定の値と比較する比較部とを組み合わせることで監視システムとして用いることができる。

バルブに備えられたセンサからの信号を監視装置の受信部が受信し、予めさだめておいた値や前回受信した信号と比較することで、グランドパッキンと、グランドパッキンと接する部材との間の面圧や歪みの異常を検知することができる。

本発明（４）は、本発明（３）の監視システムを有する流体供給装置であって、比較した結果の発信を行うと共に前記センサ付きバルブを含む流路に設けられたバルブの閉止または開放を行う流体供給装置である。

本発明（４）によると、安全措置を講ずるため緊急で行うことが必要な当該バルブを含む流路に設けられたバルブの閉止または開放を自動で行うことができるので、このような機構を有しない流体供給装置と比べて、より安全に装置を稼働させることが可能となる。

この発明のセンサ付きバルブによると、シール性確保のための実際のグランドパッキンが受ける面圧等を、組み立て時のみならず、組み立て後においてもモニターすることができるバルブを提供することができる。

図１は、この発明によるセンサ付きバルブの実施例１を示す。図２は、この発明によるセンサ付きバルブの実施例２を示す。図３は、この実施例１のセンサ付きバルブを有する監視システムを示す。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、便宜的に図面上での方向によって部材等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。

図１は、この発明によるセンサ付きバルブの実施例１を示すものであり、このバルブ1Aは、フローティング型ボール弁と呼ばれるものであり、弁体が回転することにより流体の流通が行われる。

ボール形状の弁体3は、バルブボディ2の連通部24内に納められ、貫通孔31を有する球形であり、上部に軸体4が一体に形成されている。

弁座5は弁体3の左右に設けられて弁体3と当接しており、それぞれ皿ばねであるスプリング8が弁体3に付勢している。

バルブボディ2は、左右からフランジ9に挟持され、この左右の２つのフランジ9は、ボルト91およびナット92によって締結され、この締結力によって、左右のスプリング8をそれぞれ左右のフランジ9の弁体3側の端面が付勢している。

左側のフランジ9の内部には入口流路21が形成され、右側のフランジ9の内部には出口流路22が形成されており、それぞれの流路は、開状態のときに貫通孔31と連通する。

軸体4の下部には軸の周囲にバルブボディ2との摺動をスムースにするためのステムベアリング44が配置され、上部に流体の漏出防止のためのグランドパッキン40が配置されている。

グランドパッキン40は、外側がテーパー面である円筒状のボトムパッキン46と内側がテーパー面である円筒状のトップパッキン45からなるパッキン部と、トップパッキン45の上部に配置されたパッキンサポート42からなる。なお、パッキン部の形状としてはこれに限らず、様々な断面形状の環状部材が積み重なったものも用いられる。

パッキンサポート42の上部にパッキン押え43が備えられ、その上部にはステムスプリング47が配置され、軸体4の上部に形成されたおねじとねじ合わせられるナット41が螺合され、ナット41によってステムスプリング47は押圧され、この押圧力によって、グランドパッキン40が押圧される。

センサ100は、パッキンサポート42とパッキンサポート42と隣接するパッキン押え43との間に配置されている。

パッキンサポートは硬質材料が好ましく、例えば樹脂材料を用いる場合はポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）などが、変形が少なく、面圧を正確に測定できるため好ましい。また、硬質材料であるので、センサがパッキンサポートに陥入することがない。

センサ100は、図１に示す以外に、パッキン部とパッキンサポート42間に配置されてもよいし、パッキン部とバルブボディの間やパッキン部と軸体の間に配置されてもよい。

センサ100の形状はチップ状、リング状等特に制限はなく、センサ100の数量も１個でもよく、図１に図示する通り複数個でもよい。このセンサ100により、グランドパッキン40の上端面に発生する面圧等を知ることができる。

センサ100を配置・埋め込む方法は、金属製部材に凹所を設け、その中にセンサを設置して接着剤等を用いて埋め込む方法、凹所にセンサを圧入嵌合する方法、ロウ付けによる方法、粉末冶金焼結による方法などの種々の方法によっておこなうことができるが、それらに限定されることはない。

バルブボディ2と左右のフランジ9との間には、流体の漏出を防ぐためのＯリング51が、バルブボディ2の左右端面に備えられている。

バルブ1Aの上部には、バルブを開閉するハンドルと呼ばれる駆動機構7、駆動機構7と当接するストッププレート71が固定されている。

図２は、この発明によるセンサ付きバルブ1Bの実施例２を示すものである。実施例１と同じ内容についてはその説明を一部省略する。

実施例２はニードルバルブと呼ばれるバルブであり、弁体3が上下動することにより、弁体3がバルブボディ2に形成された弁座5に当接離間することで流路が開閉される。

バルブボディには入口流路21と出口流路22とこれらを連通する連通部24が形成され、連通部24は上方に開口している。

弁体3は下端部が下方に向かって先細の円錐台形状であり、バルブボディ2の連通部24内に納められ、駆動機構7が動作することにより、弁体3は連通部24に設けられた弁座5に当接、離間される。

軸体4は弁体3と固定されており、駆動機構7と連結されている。なお、図２では弁体3と軸体4は一体に成形されているが、ボルト等で固定するのでも良く、また、図２では軸体4と駆動機構7は係合され、軸体4は駆動機構軸部の回転と連動して回転しないように設けられているが、駆動機構軸部7bと軸体4が連動して回転しても良い。

軸体4とバルブボディ2の間にはグランドパッキン40が設けられ、パッキン押さえ43により上方から押圧されている。グランドパッキン40の下方にはパッキンサポート42が設けられ、連通部24に設けられた段差に保持されている。

グランドナット50は下方におねじ部50bが、上方にナット部50aが形成されている。グランドナット50はナット部50aを締め付けることでバルブボディ2にねじ込まれ、パッキン押さえ43を押圧している。

また、おねじ部50bには固定用ナット49が螺合され、バルブボディ2にねじ込まれたグランドナット50が緩むことを防止している。

駆動機構7はハンドル7aおよび駆動機構軸部7bを有し、駆動機構軸部7bはグランドナット50に形成された貫通孔50cを貫通している。貫通孔50cにはめねじ部50dが、駆動機構軸部7bにはおねじ部7c,7dが設けられ、駆動機構7はハンドル7aを回転させることにより上下方向に移動する。

センサ100は、パッキン押え43とグランドパッキン100の間に介在させられており、このセンサによってパッキン押え43からグランドパッキン40にかけられる面圧等を検知することができる。

センサ100は、図２に示す位置以外では、パッキンサポート42とグランドパッキン40の間や、グランドパッキン40とボディ2との間に配置することもできる。

図３は、実施例１のセンサ付きバルブ1Aと監視装置110を有する監視システムを模式的に示したものである。

センサ付きバルブ1Aのセンサ100から検知信号が信号線（符号なし）を経由して監視装置110の受信アンテナ111を経由して受信部112に入って、比較部113に送られる。有線の信号線を経由する信号伝達以外に、無線による信号伝達方法によっても良い。なお、受信部112に送られる信号は、検知信号とともにバルブを識別するための信号が送られても良い。

比較部113では、センサ付きバルブ1Aから送られた検知信号が、所定の信号と比較される。所定の信号としては、予め決定された基準信号であっても良いし、以前に測定されたセンサの検知信号であっても良い。この比較により、バルブの異常を判断することができる。

比較された信号は、締め付けの情報として発信される。発信された信号は、監視装置110の表示部114に表示させて確認することができる。

さらに、監視システムは、この情報を発信部115に送り、発信アンテナ116からインターネットネットワーク117に電波発信して、集中管理サーバ118に送ることができる。

集中管理サーバ118は、設備やプラントの全継手の識別管理が行われており、点検漏れや締め付けが適切でない継手を即座に発見して、警告を発することができる。

１Ａ、１Ｂ；バルブ
２；バルブボディ
３；弁体
４；軸体
５；弁座
７；駆動機構
７ａ；ハンドル
７ｂ；駆動機構軸部
７ｃ、７ｄ；おねじ部
８；スプリング
９；フランジ
２１；入口流路
２２；出口流路
２４；連通部
３１；貫通孔
４０；グランドパッキン
４１；ナット
４２；パッキンサポート
４３；パッキン押え
４４；ステムベアリング
４５；トップパッキン
４６；ボトムパッキン
４７；ステムスプリング
４９；固定用ナット
５０；グランドナット
５０ａ；ナット部
５０ｂ；おねじ部
５０ｃ；貫通孔
５０ｄ；めねじ部
５１；Ｏリング
７１；ストッププレート
９１；ボルト
９２；ナット
１００；センサ
１１０；監視装置
１１１；受信アンテナ
１１２；受信部
１１３；比較部
１１４；表示部
１１５；発信部
１１６；発信アンテナ
１１７；インターネットネットワーク
１１８；集中管理サーバ

Claims

入口流路および出口流路を連通する連通部を有するバルブボディと、
前記連通部に配設された弁体と、
前記弁体を動かす駆動機構と、
前記バルブボディを貫通し、前記駆動機構と前記弁体とを連結する軸体と、
前記軸体の周囲に設けられ、前記軸体と前記バルブボディとの間をシールするグランドパッキンと、
前記グランドパッキンと接する位置に配置されたセンサと、を有するセンサ付きバルブ。
前記センサが、ひずみゲージまたは圧力センサである請求項１に記載のセンサ付きバルブ。
請求項１または２に記載のセンサ付きバルブを有する監視システムであって、
前記センサからの信号を受信する受信部と、
前記センサから受信した信号を所定の値と比較する比較部と、
前記比較部で比較した結果を発信する発信部と、
を有する監視システム。
請求項３の監視システムを有する流体供給装置であって、比較した結果の発信を行うと共に前記センサ付きバルブを含む流路に設けられたバルブの閉止または開放を行う流体供給装置。