JP2021018748A - パイロットガバナ、及びそれを備えた逆作動型整圧装置 - Google Patents
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Abstract
Description
一方で、制御システムを解析する一つの手法として、正弦波等の入力に対する応答から制御特性を調べる周波数応答解析が知られている。当該周波数応答解析は、電気系・メカトロ系システムで使用される場合が多いが、電気を必要としないフィードバック制御装置であるパイロットガバナ等の整圧器にも当然のことながら適用可能である。例えば、パイロット式ガバナにおいては、入力信号をパイロットに入力する二次圧、出力信号を本体弁下流側配管の二次圧として、パイロットガバナ単体においては、入力信号を二次圧、出力信号を駆動圧として、種々の周波数での入力に対する周波数応答解析を行うことにより、系の安定性を判定できる。
逆作動型整圧装置として用いるパイロットガバナであって、その特徴構成は、
筐体と第1ダイヤフラムとにより区画され二次側圧力導入路が連通接続される第1室と、前記筐体と前記第1ダイヤフラムと第2ダイヤフラムとにより区画され外部へ開放される開放孔が前記筐体に形成される第2室と、前記筐体と前記第2ダイヤフラムと第3ダイヤフラムとにより区画され一次側圧力導入路が連通接続されると共にメインガバナの駆動圧室に駆動圧を導入する駆動圧導入路が連通接続される第3室と、前記第3ダイヤフラムを前記第3室の側へ付勢する第1付勢部材とを備え、
前記第1ダイヤフラムと前記第2ダイヤフラムと前記第3ダイヤフラムとを変位方向で同一の変位量となるよう連結する連結部材と、
前記変位方向において前記第2ダイヤフラムの側から前記一次側圧力導入路の導入端である一次側圧力導入端へ向けて第2付勢部材により付勢されて、前記一次側圧力導入端を開閉して前記一次側圧力導入端から前記第3室へ導入される一次側流体の流入量を調整する排気弁と、
当該排気弁に連結されると共に、前記第2ダイヤフラムに形成される開孔を開閉して前記第3室の側から前記第2室の側へ逃がす排出量を調整する開放弁とを備える点にある。
更に、上記特徴構成を有するパイロットガバナによれば、開放弁を介して第3室から逃がされる排出圧は、第2室へ導かれ第1室へは導かれることはないから、第1室では、当該排出圧に乱されることのない入力として二次圧を導入できる。
結果、上記特徴構成を有するパイロットガバナは、一般的に用いられる逆作動型整圧装置のパイロットガバナの周波数応答特性と略同等の特性が得られるパイロットガバナとして活用することができる。
従って、入力として実際の圧力正弦波等を適切に投入できると共にその出力を駆動圧として、それらの値から制御特性を解析する周波数応答解析を実行可能な逆作動型整圧装置のパイロットガバナを実現できる。
前記連結部材は、内部が中空の中空部材から構成されている点にある。
上記特徴構成によれば、連結部材を内部が中空に加工された中空部材から構成することで、軽量化を図ることができ、仮に大型になる場合であっても、重量の増加を抑制して、重量増加に伴う周波数応答特性の変動を抑制できる。
前記第1室に対して周期圧力振動を付与する圧力振動付与部と、
前記第1室に導入される前記周期圧力振動を伴う模擬二次圧を計測可能な第1圧力計測部と、
前記駆動圧導入路に導入される前記駆動圧を計測可能な第2圧力計測部とを備える点にある。
そして、例えば、複数の周波数毎に、周期圧力振動を伴う模擬二次圧振動の振幅及び位相と、駆動圧振動の振幅及び位相とからボード線図を作成することで、ゲイン余裕及び位相余裕を導出し、それらの値から、系の安定性を好適に判定できる。
尚、当該判定は、実測に基づいた解析による判定であるため、種々の仮定を前提とする数値解析に基づく方法に比べ、より実態に即した判定を行うことができる。
前記第1圧力計測部にて計測された前記第1室に導入される模擬二次圧振動の振幅及び位相と、前記第2圧力計測部にて計測された前記駆動圧導入路に導入される駆動圧振動の振幅及び位相とに基づいて周波数応答解析を実行する制御装置を備えることが好ましい。
ここで、駆動圧導入路L4は、流路径を絞る絞り39を有する第3流体流路L3を介して、二次側圧力導入路L2に連通接続されている。また、第1付勢部材G1の第3ダイヤフラムD3と逆側の基端側端部は、筐体Kの内周面に設けられた雌螺子部G2bに螺合する形態で設けられる受け皿G2aに当接しており、当該受け皿G2aは雌螺子部G2bへ螺合しながら回転することで、変位方向(図1で矢印Z方向)に移動自在に構成されている。
尚、開孔DP2aの開度は、二次圧P2と設定圧力との圧力差が大きいほど大きくなるように構成されている。
また、第1ダイヤフラムD1と第2ダイヤフラムD2と第3ダイヤフラムD3を連結する連結部材Rは、例えば、変位方向(図1で矢印Z方向)に沿って伸びると共に第1ダイヤフラムプレートDP1と第2ダイヤフラムプレートDP2と第3ダイヤフラムプレートDP3とを連結する複数の棒状部材R1(当該実施形態では、2本で、且つ内部が中空の部材)にて構成することができる。
更に、第1室H1に対して、第1室H1に対して周期圧力振動を付与する圧力振動発生装置50(圧力振動付与部の一例)が設けられており、当該圧力振動発生装置50は、第1室H1への圧力導入を制御する圧力導入弁V3と、第1室H1からの圧力排出を制御する圧力排出弁V4とから構成されている。説明を追加すると、圧力導入弁V3は、第1室H1に連通接続されている一次側圧力導入路L1を開閉する形態で設けられ、圧力排出弁V4は、第1室H1に連通接続されている大気開放流路L5を開閉する形態で設けられている。
制御装置Cが、開閉弁51を閉止している状態で、第1圧力センサS1の検知圧力値に基づいて、圧力導入弁V3及び圧力排出弁V4の開閉を交互に切換制御することで、圧力振動を発生させることができる。
制御装置Cは、第1圧力センサS1にて計測された第1室H1に導入される周期圧力振動を伴う模擬二次圧振動の振幅及び位相と、第2圧力センサS2にて計測された駆動圧振動の振幅及び位相とに基づいて周波数応答解析を実行する。
次に、制御装置Cが、圧力振動発生装置50に生成する周期圧力振動の周波数を初期値(例えば、複数の周波数の最小値が設定される:一例としては、0.1Hz)を設定され、圧力振動発生装置50が、設定された周波数の周期圧力振動を生成する圧力振動付与工程を実行する。
その後、制御装置Cは、設定された周波数において、第1圧力センサS1により計測された周期圧力振動に伴う模擬二次圧としての圧力を受信する圧力振動計測工程を実行すると共に、第2圧力センサS2により計測された駆動圧を受信する駆動圧計測工程を実行する。
所定の設定された周波数にて、計測される入力としての模擬二次圧と、出力としての駆動圧としては、例えば、図3に示すような値となる。因みに、図3にて設定されている周波数は、0.5Hzである。尚、図3では、実測値がプロットにて表示されると共に、そのサイン近似を曲線にて示している。
次に、制御装置Cは、周波数毎で計測された周期圧力振動に伴う模擬二次圧振動の振幅及び位相と、駆動圧振動の振幅及び位相とからボード線図を出力する。
具体的には、計測された複数の異なる周波数毎で圧力振動計測工程にて計測された周期圧力振動を伴う模擬二次圧の振幅A1と駆動圧計測工程にて計測された駆動圧の振幅A2との比から導出されるゲインGを複数の周波数毎に出力するゲイン出力工程と、複数の異なる周波数毎で圧力振動計測工程にて計測された周期圧力振動を伴う模擬二次圧の位相と駆動圧計測工程にて計測された駆動圧の位相との差を複数の周波数毎に出力する位相出力工程とを実行し、ゲイン出力工程にて出力されたゲイン及び位相出力工程にて出力された位相の差を、ボード線図上にプロットする。
(1)第1圧力センサS1は、二次圧検知室としての第1室H1の圧力を直接計測するものであっても構わない。
また、第2圧力センサS2にて計測される駆動圧は、主弁体V0の下流側配管の二次圧としても良い。
14 :ダイヤフラムプレート
100 :パイロットガバナ
200 :逆作動型整圧装置
D1 :第1ダイヤフラム
D2 :第2ダイヤフラム
D3 :第3ダイヤフラム
G1 :第1付勢部材
G2 :第2付勢部材
H1 :第1室
H2 :第2室
H3 :第3室
K :筐体
K1 :開放孔
L0 :流体流路
L1 :一次側圧力導入路
L1a :一次側圧力導入端
L2 :二次側圧力導入路
L4 :駆動圧導入路
P1 :一次圧
P2 :二次圧
R :連結部材
V0 :主弁体
V1 :排気弁
V2 :開放弁
Claims (5)
- 逆作動型整圧装置として用いるパイロットガバナであって、
筐体と第1ダイヤフラムとにより区画され二次側圧力導入路が連通接続される第1室と、前記筐体と前記第1ダイヤフラムと第2ダイヤフラムとにより区画され外部へ開放される開放孔が前記筐体に形成される第2室と、前記筐体と前記第2ダイヤフラムと第3ダイヤフラムとにより区画され一次側圧力導入路が連通接続されると共にメインガバナの駆動圧室に駆動圧を導入する駆動圧導入路が連通接続される第3室と、前記第3ダイヤフラムを前記第3室の側へ付勢する第1付勢部材とを備え、
前記第1ダイヤフラムと前記第2ダイヤフラムと前記第3ダイヤフラムとを変位方向で同一の変位量となるよう連結する連結部材と、
前記変位方向において前記第2ダイヤフラムの側から前記一次側圧力導入路の導入端である一次側圧力導入端へ向けて第2付勢部材により付勢されて、前記一次側圧力導入端を開閉して前記一次側圧力導入端から前記第3室へ導入される一次側流体の流入量を調整する排気弁と、
当該排気弁に連結されると共に、前記第2ダイヤフラムに形成される開孔を開閉して前記第3室の側から前記第2室の側へ逃がす排出量を調整する開放弁とを備えるパイロットガバナ。 - 前記連結部材は、内部が中空の中空部材から構成されている請求項1に記載のパイロットガバナ。
- 前記第1室に対して周期圧力振動を付与する圧力振動付与部と、
前記第1室に導入される前記周期圧力振動を伴う模擬二次圧を計測可能な第1圧力計測部と、
前記駆動圧導入路に導入される前記駆動圧を計測可能な第2圧力計測部とを備える請求項1又は2に記載のパイロットガバナ。 - 前記第1圧力計測部にて計測された前記第1室に導入される模擬二次圧振動の振幅及び位相と、前記第2圧力計測部にて計測された前記駆動圧導入路に導入される駆動圧振動の振幅及び位相とに基づいて周波数応答解析を実行する制御装置を備える請求項3に記載のパイロットガバナ。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載のパイロットガバナを備えた逆作動型整圧装置。
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JP2015103013A (ja) * | 2013-11-25 | 2015-06-04 | 大阪瓦斯株式会社 | 整圧装置 |
JP2017182718A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 大阪瓦斯株式会社 | 整圧装置 |
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