JP2747545B2 - スラストが生じるシステムの中で動的な負荷をモニタし測定する方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、動的な負荷を測定するシステムに関し、さ
らに詳しく言えば、バルブ・ステムのごときワークピー
スにバルブ・オペレータにより付加される動的な可変ス
ラストの負荷をモニタし測定する方法と装置に関する。

有用な仕事を行うにさいして発生した動作上のスラス
トが所定の範囲内に入るよう慎重にモニタし制御しなけ
ればならない産業上の利用分野は少なくない。スラスト
を発生するオペレータは、空気圧タイプのものであって
もよく、機械的なタイプものであってもよく、電気機械
的なタイプもであってもよくあるいは油圧タイプのもの
であってもよい。

本発明に係る方法と装置は特に、モータ駆動バルブが
動作するさい発生する動的なバルブ・ステム・スラスト
をモニタし、測定し、解析することに適用することがで
きる。遠隔操作バルブは産業界ではよく知られており、
限界的な特性または危険な位置等の理由からバルブの遠
隔操作が必要であるかまたはこれが望ましい分野に広く
使用されている。電力業界や石油化学産業では、バルブ
を正しく操作することが健康と安全を確保するためなら
びにシステムを適切に運転するために必須であるような
システムに広くモータ駆動バルブが使用されている。

ほとんどの場合、バルブが取り付けられているシステ
ム内で流体が流動している実際の使用条件のもとではモ
ータ駆動バルブを取り付けて調整することはできず、
（あるいは取り付けた後で検査し試験することはできな
い）。したがって、一般には、静的な条件のもとで初め
てあるいは周期的な保守の結果としてモータ駆動バルブ
が正しく動作するようモータ駆動バルブの調節が行われ
ている。しかし、よく知られているように、動的な条件
のもとではバルブの動作特性の多くは大幅に変化する。
このような変化はすぐに現れるかまたは時間の経過とと
もに悪化するとともに、実際の流体の使用圧力、オペレ
ータの歯車列やバルブ・パッキングの摩耗、オペレータ
・モータに供給される電圧、周期的なメインテナンスの
性質のごとき条件に左右される。

一般にバルブ・ステムに取り付けられたモータ駆動の
ギヤ列より成るバルブ・オペレータは、バルブ・ディス
クまたはバルブ・プラグがバルブを通る動的な流体を止
める位置までバルブ・ディスクまたはバルブ・プラグを
移動させ、ぴったりと着座させて漏洩が生じない封止状
態を作るに十分なスラストをバルブ・ステムに付与しな
ければならない。通常、バルブの製造業者は、バルブ・
ディスクまたはバルブ・プラグを正しくバルブ・シート
に着座させるためにバルブ・ステムに付加しなければな
らない最小レベルのバルブ・ステム・スラストを指定し
ている。これらのバルブに使用されるオペレータ・モー
タは、（一般には安全を確保するための補足的な限界を
設けて）所要の漏洩のない封止状態を作ることができる
レベルにオペレータによりバルブ・ステムに付加される
スラストの量を制限するトルク・スイッチを備えてい
る。トルク・スイッチが正しく設定されていない場合、
例えば、過度に低く設定されていると、バルブが正しく
着座して正しく封止された状態を提供することができ
ず、また過度に高く設定されていると、オペレータかつ
／またはバルブを損傷してしまう。

一般的なバルブ・オペレータは、パワー伝達系を介し
てバルブ・ステムに接続されている電動機のごとき原動
力源を備えている。基本的には、パワー伝達系は、歯車
式減速系を介してモータにより駆動される（ウオーム・
シャフトと呼ばれている）スプライン・シャフトを備え
ている。ウオーム・シャフトに取り付けられたウオーム
はウオーム・ギヤを駆動し、該ウオーム・ギヤはねじが
刻設されたバルブ・ステムを取り囲んでるバルブ・ステ
ム・ナットを備えたスリーブを駆動する。駆動スリーブ
とバルブ・ステム・ナットはバルブ・ステムの回りで回
転するよう軸支されているが、軸方向に移動しないよう
オペレータ・ハウジング内に固定されている。駆動スリ
ーブとバルブ・ステム・ナットが回転すると、バルブ・
ステムは軸方向に移動し、バルブ・ステムに取り付けら
れているバルブ・ディスクまたはバルブ・プラグが開弁
位置と閉弁位置との間を移動させる。閉弁（または開
弁）に伴ってバルブ・ディスクまたはバルブ・プラグが
バルブ・シート（またはバックシート）と接触すると、
増大したスラスト負荷がバルブ・ステムに付加され、伝
達系をへてスラスト負荷がウオームに伝達され、ウオー
ム・シャフトに沿ってウオームを移動させる軸方向の力
が生じる。ウオームとウオーム・ギヤの組み合わせが持
つ機械的な特性に左右されるが、ウオーム・ギヤにより
付加されるトルクはウオームに作用する軸方向の力と直
接関係している。ウオームは１組の皿形・ワッシャより
成るスプリング・パックを介してオペレータのハウジン
グに取り付けられてる。軸方向のバルブ・ステム・スラ
ストが増加するにしたがって、ウオームに作用する軸方
向の力は比例的に増加する。皿形・ワッシャより成るス
プリング・パックは軸方向の負荷のもとで圧縮され、ウ
オーム・シャフトに沿って軸方向に移動する。

バルブ・オペレータ・アッセンブリはオペレータ・ハ
ウジングに取り付けられたトルク・スイッチを備えてお
り、該スイッチはウオームと係合するアームを備えてい
る。スプリング・パックの変位に抗してウオームが軸方
向に移動すると、トルク・スイッチのアームが移動す
る。トルク・スイッチの調節可能なセッティングにより
設定された距離アームが移動すると、トルク・スイッチ
の接点が開き、モータが停止する。ウオームに伝達され
たバルブ・ステム・スラストが閉弁に基づくものである
か開弁に基づくものであるかにより左右されるが、軸方
向のうちどちらかの方向にウオームを変位させるよう皿
形・ワッシャより成るスプリングはウオームに取り付け
られている。トルク・スイッチは、軸方向のうちのどち
らかの方向に移動し、ウオームの移動をモニタしてモー
タの動作を制御するため、独立して調節可能なスイッチ
・アームと接点を備えている。セッティングは、一般に
“閉弁トルク・スイッチのセエッティング”と“閉弁ト
ルク・スイッチのセッティング”と呼ばれている。開弁
のために利用することができるバルブ・ステム・スラス
トの量は、トルク・スイッチのセッティングに直接左右
される。

モータ・オペレータは一般に、トルク・スイッチと関
連して使用されるかまたはトルク・スイッチの代わりに
使用されるリミット・スイッチのアッセンブリを備えて
いる。これらのリミット・スイッチは個々に動作し、一
般に歯車のアッセンブリを介してウオーム・ギヤにより
駆動され、バルブが所定の距離移動した後、バルブを停
止する。リミット・スイッチの特殊な機能は、バルブが
バックシートに着座する前に開弁方向の移動を停止し、
バルブが着座していない間は開弁トルク・スイッチをバ
イパスさせ、光を使用してバルブの位置を遠隔指示し、
関連装置とのインターロックを作動させることである。

現在利用に供することができるモータ・オペレータに
取り付けられているトルク・スイッチとリミット・スイ
ッチのセッティングは比較的粗くかつ不正確である。特
に、トルク・スイッチは、スイッチのセッティングがわ
ずかに変化してもバルブ・ステム・スラストが大きく変
化するような構成となっている。トルク・スイッチとリ
ミット・スイッチを正しく調節することが非常に重要で
あることは勿論のことであって、一般に経験者と時間が
かかるセット・アンド・トライ法を使用することを必要
としている。現在、スプリング・パックの変位に基づい
てトルク・スイッチのセッティングを利用するさいにお
ける最重要な基本的な問題はバルブ・ステムに作用する
実際のスラストを間接的に指示することによりスプリン
グ・パックの変位が指示されているにすぎないことにあ
ることが認められている。スプリング・パックの変位と
バルブ・ステム・スラストとの間の理論的で直接的な関
係に影響を及ぼす変動は伝達アセンブリとバルブあお介
して生じる。これらの変動として、スプリング・パック
を組み立てるときにスプリング・パックにあらかじめ付
与される負荷と、バルブ・パッキングの摩擦力と、バル
ブ・ステムとバルブ・プラグまたはバルブ・ディスクの
自重を挙げることができる。加えて、モータ駆動バルブ
を取り付けて調整した後、摩耗、メインテナンスの方
法、使用電圧の変動等のために時間の経過とともに変動
が生じると、実際のバルブ・ステム・スラストはバルブ
・プラグを着座させてバルブを封止するために必要な最
小値を下回るおそれがあるか、または損傷を伴うことな
くバルブとバルブ・オペレータが耐えることができる最
大値を越えるおそれがある。

したがって、モータ駆動バルブの初期の調整の精度を
高めることができ、実際のバルブ・ステム・スラストを
運転の間にモニタし測定することが可能であるととも
に、いろいろなバルブとバルブ・オペレータの構成要素
を直接診断して正確に問題の解決をはかることが可能な
システムが従来から求められていた。

（シャルボヌウ他に与えられた）米国特許第４、54
2、649号は、バルブ・ステム・スラストを直接測定する
とともに、バルブの動作サイクルにわたって実際のバル
ブ・ステムの負荷の動的な軌跡を提供するよう構成され
たシステムを開示している。このシステムとこのシステ
ムと関連した方法によれば、動作サイクルにわたってモ
ータ電流とトルク・スイッチとリミット・スイッチの作
動がモニタされ、これらのパラメータとモニタされたバ
ルブ・ステム・スラストとの間の相関関係が設定され
る。３つのパラメータの出力の軌跡は、初期の動作にあ
わせてバルブ・オプレータ・アッセンプリをキャリブレ
イトするために使用することを意図したものであり、ま
た３つのパラメータのその後の軌跡を作り、これらのパ
ラメータを初期に作られたパラメータと比較することに
より、時間が経過する間、モータ駆動バルブの性能をモ
ニタすることを意図したものである。

実際のバルブ・ステム・スラストを指示するため、シ
ャルボヌウ他は、（バルブ・プラグと反対の位置にあ
る）バルブ・ステムの自由端に動作的に取り付けられた
圧縮型のロード・セルを備えていて、開弁ストロークが
終わったとき、すなわち、バルブ・ステムの移動の上限
においてロード・セルがバルブ・ステム・スラストの負
荷を直接測定するよう構成された装置を開示している。
別の言い方をすれば、シャルボヌウ他の装置は、開弁ト
ルク・スイッチが開路する実際のバルブ・ステム・スラ
ストを測定することができるだけであるにすぎない。こ
のようにバルブ・ステム・スラストを測定することは、
開弁トルク・スイッチと開弁トルク・スイッチの両方に
ついてセッティングを行うことを意図したものである。
バルム・ステム・スラストの測定は、スプリング・パッ
クの線状の変位をキャリブレイトするためにも利用され
る。このスプリング・パックの線状の変位は、実際のバ
ルブ・ステム・スラストを表すことを意図したバルブ・
サイクル時間にわたるバルブ・ステム・スラストの軌跡
を作るために直接測定される。したがって、シャルボヌ
ウ他の装置は、開弁サイクル全体にわたって実際のバル
ブ・ステム・スラストを直接モニタし測定することはで
きない。上述のように、実際のバルブ・ステム・スラス
トを指示する手段としてスプリング・パックの変位を使
用した場合、測定結果が不正確であることが多い。ま
た、この装置は閉弁したときの実際のバルブ・ステム・
スラストを測定することができないので、開弁時に測定
されたバルブ・ステム・スラストを使用して開弁トルク
・スイッチのセッティングを行うようにするため、若干
の仮定を行わなければならない。最も重要な仮定は、開
弁するために必要とするトルク（とバルブ・ステム・ス
ラスト）が閉弁するために必要とするトルクに等しい、
すなわち、一定の開弁スラストを発生するために必要と
するスプリング・パックの変位量が同量の閉弁スラスト
を発生するために必要とするスプリング・パックの変位
量と正確に等しいものであると仮定されていることであ
る。この仮定にさいして、開弁と閉弁のさい歯車の歯の
２つの異なった面が使用されるものの、バルブ・プラグ
とバルブ・ステムの重量に起因する差異と、バルブ・パ
ッキングの摩擦の方法別の変動と、トランスミッション
・アッセンブリの効率の変動は無視されている。

また、シャルボヌウ他のシステムは、トルク・スイッ
チとリミット・スイッチの作動を指示するとともに、バ
ルブの位置を指示する手段として電流の測定値を利用し
ている。このシステムはトルク・スイッチとリミット・
スイッチのために一連の配線を行うことを必要としてお
り、したがってスイッチと関連してブレーカを設けるこ
とが必要である。多数のモータ駆動バルブが使用されて
いる原子力発電産業では、一連の配線の中にブレーカを
設けることを必要とすることは、費用と時間のかかる確
認サービスを２回行うことが必要であることを意味して
いる。

（クラスに与えられた）米国特許第４、570、903号
は、バルブ・ステム・スラストを直接測定して、当初だ
けでなくシステムの動作の変更と関連してバルブ・ステ
ム・スラストが変動したときでも、閉弁トルク・スイッ
チを正確に設定することができるようにする問題に関す
るものである。クラスの装置を使用すれば、シャルボヌ
ウ他のシステムの場合と同様なやり方でバルブ・ステム
・スラストを直接測定することが可能である。しかし、
シャルボヌウ他のシステムの場合と同様、バルブの動作
サイクルにわたるバルブ・ステム・スラストの直接的な
測定は１回しか行うことができない。ロード・セルがバ
ルブ・ステムの上部自由端に動作的に取り付けられてい
て、開弁ストロークが終わったときだけ実際のバルブ・
ステム・スラストを測定するよう配置されている。しか
し、クラスの装置は、歯車列の慣性、モータ接触器の不
具合のさいの遅れ等のためにトルク・スイッチを開路す
るために必要とするスラストより大幅に大きい実際のバ
ルブ着座スラストをモニタし測定することはできない。

したがって、現在のところ、全開から全閉に至る両方
向に見たバルブの全動作サイクルにわたる連続的かつ動
的な実際のバルブ・ステム・スラストをモニタし測定す
ることができる装置または方法は見当たらない。実際の
バルブ・ステムの負荷を測定することができる従来の装
置と方法の能力はバルブ動作サイクル内において単一の
スラスト負荷の測定だけに限られている。さらに、この
ような単一のスラスト負荷の測定により得られた値がバ
ルブ動作サイクル内の所定の箇所で生じる実際の最大ス
ラストを表していないおそれがある。従来の技術が動作
サイクル全体にわたってバルブ・ステムの負荷を指示す
るための測定を開示しているにすぎないので、このよう
な測定は実際には間接的なものであり、したがって実際
のバルブ・スラム・スラストを正確に指示するものでは
ない。

発明の開示 本発明に係る方法と装置の好適な実施例によれば、モ
ータ駆動バルブ内における実際のバルブ・ステムを動作
させる負荷をモニタし測定するシステムが提供されたも
のである。ロード・セルのごとき負荷検知手段がバルブ
・ボディとオペレータ・ハウンジングの間に直接挿入さ
れている。ロード・セルは、バルブの動作サイクル全体
にわたりバルブ・ステムとバルブ・プラグの任意の位置
でバルブ・ステムを動作させる実際の動的な負荷のうち
の正比例する部分を検知することができる。検知された
負荷を表す信号はバルブ・ステムを動作させる実際の負
荷に変換されたうえ、これらの負荷の出力を発生する。

ロード・セルがバルブ・ボディとオペレータ・ハウジ
ング上の向かい合った取付面の間に挿入され、取付ボル
トにより適所に固定されることが最も好都合である。し
たがって、ロード・セルにより検知された負荷は、バル
ブ・オペレータによりバルブ・ステムに伝達された負荷
に基づいてバルブ・ボディとオペレータ・ハウジングの
間に生じる反力である。ロード・セルは、閉弁に基づく
バルブ・ステムを動作させる最大の負荷を越えたレベル
に取付ボルトの力により圧縮された状態であらかじめ負
荷される。

バルブ・ステムを動作させる負荷のモニタと測定と同
時に、トルク・スイッチとリミット・スイッチの動作が
バルブ・プラグの位置の関数としてモニタされ、バルブ
・ステムを動作させる負荷との相関関係が設定される。
これと同時に、バルブ・プラグの位置の関数としてオペ
レータ・モータの電流を測定することと、スイッチの動
作とバルブ・ステムの負荷出力との間の相関関係が設定
され、バルブとバルブ・オペレータのアッセンブリの動
作が適切であることを解析することができるようになっ
ている。

最も広い見地から言えば、本発明によれば、ボルト止
めされた向かい合った面がいろいろな引張力と圧縮力の
作用を受けるオペレータ・アッセンブリで生じた動的な
軸方向の可変負荷をモニタし測定することができる。本
発明の好適な実施例によれば、負荷検知手段はボルト止
めされた向かい合った面の間に配置されていて、圧縮状
態の予荷重により前記の向かい合った面の間で固定され
ているので、動作範囲全体にわたって引張状態または圧
縮状態にある軸方向の負荷に対する反力を検知し測定す
ることができる。

図面の簡単な説明 第１図は、内部構造の詳細と動作を図解するために、
一部を破断した状態で代表的なバルブとモータ駆動オペ
レータのアッセンブリを示した斜視図である。

第２図は、本発明に係るバルブ・ステム負荷測定装置
を付設せしめたバルブの一部とモータ駆動オペレータを
図解した正面図であるとともに、オペレータとバルブの
性能をモニタするさいに利用される他の制御装置を示す
図面である。

第３図は、バルブの動作サイクルにわたってスイッチ
付勢シーケンスの出力を発生するために使用されるトル
ク・スイッチとリミット・スイッチの電圧をモニタする
回路を示した概念図である。

第４図は、第３図に示されているモニタ回路が接続さ
れている従来のモータ駆動オペレータ制御回路の一部を
示した概念図である。

第５図は、動作サイクルにわたってバルブの位置の関
数としてプロットされているいろいろな測定されたパラ
メータを示したグラフである。

第６図は、第５図に類似したグラフであって、バルブ
・サイクルの閉止部分にわたるモータ駆動バルブのバル
ブ・ステム・スラストとモータ電流とスイッチの作動を
示したグラフである。

好適な実施例の詳細な説明 第１図は、バルブ・ボディ11に取り付けられた従来の
モータ駆動バルブ・オペレータ10を示す。オペレータ10
はモータ12を備えていて、バルブと、モータからバルブ
に動作負荷を伝達するパワー伝達アッセンブリ13を動作
させるに必要なパワーを提供するものである。パワ伝達
アッセンブリ13は、以下に詳細に説明されているよう
に、バルブ・ボディ11の上に載置されていて、該バルブ
・ボディ11に取り付けられたオペレータ・ハウジング14
内に収容されている。

モータ12は、１組の減速ギヤ16を介してスプライン加
工されたウオーム・シャフト15を駆動する。ウオーム・
シャフト15は同軸的に取り付けられたウオーム17を駆動
し、該ウオーム17はウオーム・ギヤ18を駆動する。ウオ
ーム・ギヤ18は、バルブ・ステム22の外ねじと係合して
いるステム・ナット21を包有している一体的に取り付け
られた駆動スリーブ20を駆動する。駆動スリーブ20とス
テム・ナット21は、バルブ・ステム22の回りで回転する
が、軸方向には移動しないよう軸支されている。したが
って、ステム・ナット21が回転すると、ねじが刻設され
たバルブ・ステム22に駆動力が作用し、ステム・ナット
21の回転方向に左右されるが、垂直方向のどちらかの方
向にバルブ・ステム22を軸方向に移動させる。

バルブ・ステム22はオペレータ・ハウジング14から下
向きに延在してバルブ・ボディ11に入り、バルブ・ディ
スクまたはプラグ・ナット24の支承接続部23に接続され
ている。バルブ・ステム22が軸方向に移動すると、図示
のごときプラグがバルブ・シート25に着座する閉弁位置
からバックシートから所定の距離垂直方向に上に隔置さ
れている開弁位置までプラグ24は上下方向に移動する。
プラグがバックシートに着座することは一般には必要で
はない。バルブ・ステム22のプラグ接続部23のうちバル
ブ・ステム22の下端の近傍に環状の肩29が設けられてい
て、該肩29は、のちほど詳しく説明されているように、
開弁ストロークのさいにプラグ24の上向きの移動が所定
の限界を越えたとき、バックシートと係合するようにな
っている。

バルブ・プラグ24が所定の移動位置に到達したとき、
あるいはいずれかの方向にバルブ・プラグ24が移動し終
えて、非常に高いレベルのトルクがモータ12により生じ
てバルブ・ステム22に作用したとき、自動的にモータ12
を減勢するようトルク制限スイッチまたは位置制限スイ
ッチによりバルブ・オペレータ10が制御される。前記の
スラストはバルブ・オペレータ10の伝達アッセンブリ13
を介してウオームギヤ18とウオーム17のアッセンブリに
より付加されるトルクに変換される。ウオーム17は、一
連の皿形・ワッシャ28より成るスプリング・パック27を
介してオペレータ・ハウジング14に取り付けられてい
る。ウオーム・ギヤ18によりウオーム17に付加されたト
ルクは直接ウオーム17に作用する軸方向の力に変換され
る。例えば、閉弁ストロークが終わって、バルブ・プラ
グ24がバルブ・シート25と係合した結果、ウオーム17に
作用する軸方向の力が増加すると、ウオーム17はスプリ
ング・パック27の偏位力に抗して軸方向に移動する。バ
ルブ・プラグ24を着座させて、漏洩が生じない封止状態
を提供することが必要なときのように、トルクが所要の
レベルに達してモータ12を減勢するにさいしては、ウオ
ーム17を軸方向に移動させてトルク・スイッチ・アーム
を回転させ、しかるのち該トルク・スイッチ・アームが
１組の接点と接触し、モータ12が停止する。トルク・ス
イッチの接点を開路するために必要なトルクスイッチ・
アームの移動量は調節可能なトルク・スイッチ設定設置
によりあらかじめ設定されている。開弁ストロークが終
わったときのように、反対の方向にウオーム17を軸方向
に移動させるに必要なトルクは、トルク・スイッチ・ア
ームが反対方向に回転したとき開路する別の組の調節可
能なトルク・スイッチ接点により制御される。

トルク・スイッチと関連して、バルブ・オペレータ10
は対応した開閉リミット・スイッチを備えている。該リ
ミット・スイッチはウオーム・シャフト15または駆動ス
リーブ20により回転駆動され、バルブ・ステム22の軸方
向の移動量とバルブ・プラグ24が移動した距離と合致す
るよう前記リミット・スイッチの移動量がキャリブレイ
トされている。リミット・スイッチは、オペレータ・モ
ータに使用される一次制御装置として機能してもよく、
あるいはトルク・スイッチのバックアップ装置として機
能してもよい。バルブ・プラグ24の移動量を制限するこ
とを制御することに加えて、別の重要なリミット・スイ
ッチの機能は、開弁ストロークが不意に停止することを
避けるために、バルブ・プラグ24が着座していない間、
開弁トリク・スイッチをバイパスさせることである。し
たがって、リミット・スイッチを正しく設定して動作さ
せることは、バルブが正しく動作するうえで決定的に重
要なことである。

モータ駆動バルブを設計し動作させることに付随した
多くのファクタは、高度に推測的でかつときには非常に
不正確な測定値を示すおそれのあるバルブ・ステム負荷
またはスラストを直接指示する手段としてスプリング・
パックの変位量を利用している。公知のように、皿形・
ワッシャ27は、未圧縮の自由な状態とほとんど完全に押
しひしゃらがれた上記と反対の状態では、軸方向の変位
量対付加された圧縮力の相関関係の点では非線形であ
る。これらの状態におけるスプリング・パックのたわみ
とスラストまたはバルブ・ステムの負荷との相関関係を
設定する試みを行ってもエラーが生じる。したがって、
スプリング・パック27が線形の帯域で動作することがで
きるようにするため、通常、軸方向の予荷重がスプリン
グ・パック27に与えられている。バルブ動作の動的な状
態のもとではスプリンギ・パック27の予荷重は直接スラ
スト荷重に変換され、バルブ・ステム22に作用するスラ
スト荷重として働く。予荷重は大幅に変動するおそれが
あり、容易に測定することができるものではなく、ある
いは容易に補整することができるものではない。加え
て、バルブ・プラグ24とバルブ・ステム22の重量もバル
ブ荷重に直接影響を及ぼしている。この影響は開閉方向
と直接反対の方向に働くものであることは勿論のことで
あり、大形のバルブの場合には特に重要である。同様
に、バルブ・パッキングの摩擦力にも打ち勝たなければ
ならない。この摩擦力は、一般に、開閉方向で異なって
おり、どちらの方向でもバルブが正しく動作するために
必要なトータルのバルブ・ステム・スラストに影響を及
ぼしている。上述のバルブ・オペレータの構成から理解
することができるように、ウオーム17とウオーム・ギヤ
18は、反対をなす開閉方向に見て２つの異なった組の歯
面に沿って動作する。摩耗の状態が変化すると、摩擦力
が変化するとともに、一方の方向から他方の方向にバル
ブ・ステム22に作用するスラストも変化する。

バルブ・ステム22に作用するスラストを測定するため
にスプリング・パック27を使用するにさいしては、バル
ブ・ステム22に伝達されたスプリング・パックの予荷重
が摩擦力とバルブ・ステム22とバルブ・プラグ24の重量
の合計に等しいかまたはこれより大きくなければならな
い。このことは、バルブ・ステム22とバルブ・プラグ24
の合計重量とパッキングの摩擦力とその他の摩擦力に打
ち勝つまで、バルブ・オペレータ10がバルブ・ステム22
に与えたスラストが変動するおそれがないからである。
しかし、もしスプリング・パックの予荷重が重量と摩擦
力を合計したものより小さい場合、実際に荷重がバルブ
・ステム22に作用するまでスプリング・パック27は変位
し、（上記のバルブ・ステム22のスラスト荷重は変動す
る）。したがって、上述の構成によれば、パッキングの
摩擦と構成要素の重量の影響は、スプリング・パック27
のたわみを測定することによりモニタすることはできず
また測定することもできない。

スプリング・パック27の変位をモニタし測定するにさ
いしては、上記の変動のうちのどの変動のためにバルブ
・ステム22のバルブ・ステム・スラストが生じたかを判
定することができず、したがってバルブを動作させるた
めに利用することができるトルクまたはこのような変動
の大きさを判定することができない。加えて、スプリン
グ・パック27の変位をモニタし測定しても、重量と関連
したスラストとパッキングの摩擦の変化と予荷重の変化
とバルブの開閉と関連したその他の一般的な運転スラス
トの間で区別を行うことはできない。

第２図を参照すれば、動的な状態のバルブ・ステムの
荷重を直接測定する方法と装置を提供するため、１組の
ロード・セル30の形をした荷重検知手段が直接バルブ・
ボディ11とオペレータ・ハウジング14の間に挿入されて
いる。バルブ・ボディ11はフラットな取付面32を有する
上部取付フランジ31を備えている。バルブ・オペレータ
・ハウジング14は作動的に配置された取付面33を備えて
いる。一連の取付ボトル34が取付フランジ31に形成され
た穴を通って上に向かって延設されていて、オペレータ
・ハウジング14の取付表面に形成されたタップ穴にねじ
込まれている。取付ボルト34を締め付けることにより、
取付表面32と33との間にロード・セル30が取り付けられ
る。

オペレータ10によりバルブ・ステム22に荷重が付加さ
れると、大きさが同一であって、方向が反対の反力が取
付ボルト34に現れる。したがって、閉弁するにしたがっ
てバルブ・プラグ24がバルブ・シート25と係合し、軸方
向の圧縮荷重がバルブ・ステム22に作用すると、反対方
向の引張荷重がボルト34に付加され、ボルト34の間で均
等に分散される。反対に開弁ストロークが終わってバル
ブ・プラグ24がバックシートと接触し、引張荷重がバル
ブ・ステム22に付加されると、均等に分散された圧縮力
が取付ボルト34に作用する。取り付けられたロード・セ
ル30は、取付ボルト34に作用している実際の荷重のうち
正比例する部分を検知することができるとともに、全開
位置と全閉位置におけるバルブ・プラグ24の位置または
全開位置と全閉位置との間におけるバルブ・プラグ24の
任意の位置においてバルブ・ステム22に実際に作用して
いる負荷を検知することができる。

図示の実施例においては、ロード・セル30がバルブと
予荷重が与えられたバルブ・オペレータとの間に取り付
けられていることが重要なことである。予荷重は、閉弁
に基づいて期待されるバルブ・ステムを動作させる最大
の荷重を越えて圧縮荷重をロード・セルに与えるに十分
な大きさのものでなければならない。上述のように、閉
弁の間に最大圧縮荷重がバルブ・ステム22に付加される
と、引張力が取付ボルト34に現れるので、予荷重はロー
ド・セル30がこの状態で完全に“アンローディング”と
なることを防止するために必要である。加えて、ロード
・セル30に予荷重が付加されると、取付ボルト34に引っ
張りの予荷重が作用し、この予荷重の作用により取付ボ
ルト34の応力−歪み曲線の直線部分上でロード・セル30
が動作することができる。このような構成によれば、検
知された負荷と実際にバルブ・ステムを動作させる負荷
との間に直接的な線状の関係を設定することができる。

ロード・セルにより検知された負荷は取付ボルトが受
け取る全体の負荷の一部であるから、実際のバルブ・ス
テムのスラストより低いことは勿論のことである。した
がって、ロード・セルにより検知された負荷は、適当な
補正ファクタを使用することにより実際にバルブ・ステ
ムを動作させる負荷に変換することができる。補正ファ
クタは、使用されるボルトの材料の勿論的な特性と、ボ
ルトのサイズと、ボルト止めされた接続部の自由長さ次
第であるが、特定のバルブとバルブ・オペレータのアッ
センブリにあわせて経験的に設定してさしつかえない。
このような特定のアッセンブリについては、補正ファク
タは定数であって、実際のバルブ・ステムの負荷を求め
るにはロード・セルにより検知された負荷に前記定数を
乗算する。

実際のバルブ・ステムに付加されるスラスト負荷のう
ち正比例する部分を表すロード・セルの信号はロード・
セルに使用されるトランスデューサ／インディケータ装
置35に供給され、該トランスデューサ／インディータ装
置35において前記ロード・セルの信号は前記ロード・セ
ルの出力の合計に比例したアナログ出力に変換される。
ロード・セルのトランスデューサから出力されるアナロ
グ的な出力は（横河モデルNO.3655Eのごとき）記録アナ
ライザ36に供給され、該記録アナライザ36は前記出力に
補正ファクタの定数を乗算し、結果として得られたバル
ブ・ステム・スラストを表示する。記録アナライザ36は
また、バルブの動作サイクル全体にわたって実際の動的
なバルブ・ステム・スラストのグラフまたは軌跡を提供
することができる。記録アナライザ36はまた、以下に詳
細に説明されているように、他の測定されたパラメータ
の軌跡を含め該パラメータの出力を指示するために利用
することができる。

バルブ・ステムの負荷を測定すると同時に、該負荷を
指示することと関連して、バルブ・サイクルにわたって
トルク・スイッチとリミット・スイッチの動作を指示す
るため、スイッチ・インディケータ回路37（第３図参
照）がバルブ・オペレータのトルク・スイッチとリミッ
ト・スイッチの回路38（第４図参照）内の適当な接点に
取り付けられていて、スイッチの作動を表す出力電圧を
記録アナライザ36に提供するようになっている。バルブ
の動作サイクルの間にスイッチの動作電圧信号が発生し
て記録されるので、トルク・スイッチとリミット・スイ
ッチの動作の両方について正確なタイミングを保持し、
正確な調節を行うことができる。以下に説明されている
ように、スイッチのタイミングとバルブ・ステム・スラ
ストの軌跡との間に相関関係が存在しているので、バル
ブの動作を正確に解析することができるとともに、動作
上の問題を診断することができる。

スイッチ・インディケータ回路37の中に抵抗39が使用
されていることはバルブ・オペレータ制御回路に重大な
電気的負荷を与えるものではない。ダイオード46は、交
流のスイッチ電圧を記録アナライザ36に使用される直流
のスイッチ電圧に変換する。コンデンサ47は、交流のリ
ップル効果を取り除くことを助けてより平滑な軌跡曲線
を提供する。スイッチ・インディケータ回路37は補足的
な接点を必要としない。最も重要なことは、バルブ・オ
ペレータのスイッチ回路38内の導線または接点を損傷す
ることなく、スイッチ・インディケータ回路37を取り付
けることできることである。

最後の測定パラメータはオペレータ用モータ12に流れ
る電流である。通常の誘導式アンメータより成る電流イ
ンディケータ40は、スラストの負荷を表す信号とスイッ
チの作動を表す信号と同時に電流を表す信号を記録アナ
ライザ36に提供するので、バルブの動作サイクルにわた
るモータ電流の出力の軌跡を得ることができる。オペレ
ータ・モータの電流の軌跡はこの技術分野では公知のこ
とであるが、上述のバルブ・ステム・スラストの軌跡と
スイッチの作動の軌跡を補足するうえで有用である。

本発明に係る装置の取り付けと該装置を動作させる方
法を詳細に説明する前に、一般的なバルブとバルブ・オ
ペレータの動作について若干詳しいコメントを付け加え
ることは有用であるように考えられる。さて、第１図と
第４図を参照すれば、バルブが完全に開弁した位置にあ
って、プラグ24がバックシートから所定の距離隔置され
ているとき、開弁トルク・スイッチ42の回りにあるバイ
パス・リミット・スイッチ41は閉路されている。バルブ
の閉止が始まったとき、このバイパス・リミット・スイ
ッチ41は閉路されていなければならない。これは、閉弁
トルク・スイッチの開路に伴ってバルブ・オペレータ内
に設けられている“ハンマーブロ”が作動すると、オペ
レータ用モータ12が停止しないからである。ほとんどの
バルブ・オペレータのウオーム・ギヤ18の中にハンマー
ブロが組み込まれていて、バルブ・オペレータの係合表
面間にあるゆるい領域の形を呈している駆動スリーブ20
の接続部を駆動するようになっている。モータ12が逆転
すると、前記駆動スリーブ20の接続部が機能し、モータ
と歯車系を所定の速度に増速する。（バルブが開弁し
て、バックシートに着座している一般的には好ましくな
い状態のとき、）プラグ22がバックシートから離れる向
きに移動するにしたがって、閉弁ストロークの短い期間
だけバイパス・リミット・スイッチ41は閉路し、（開弁
トルク・スイッチ42はバイパスされてた状態となる）。

バルブ・プラグ24がメイン・バルブ・シート25に到達
し、該バルブ・シート25に到達し、該バルブ・シート25
と係合し始めると、（もはやバイパスされた状態にはな
い）閉弁トルク・スイッチ42が開路してモータを停止さ
せるレベルまでバルブ・ステム・スラストが急増する。
通常、歯車系の慣性が作用すると、補足的なスラストが
バルブ・ステムに付加されるようになる。バルブを適切
に着座させて、封止するに必要なトルクでトルク・スイ
ッチ42が開路するよう設定されている場合、前記の補足
なスラストが作用すると、スラストが過度に大きくなる
おそれがある。

開弁の開始も同様なやり方で行われる。バルブ・オペ
レータの中に組み込まれているハンマーブロが作用しな
いとき、開弁トルク・スイッチが早めに開路するかまた
は不適切に開路し、開弁ストロークが中断することがな
いようにするため、バルブが未着座の間、開弁トルク・
スイッチ43はバイパスされている状態でなければならな
い。プラグ24がバルブ・シート25から離れる向きに移動
するにしたがって、開弁ストローク内の短い期間の間だ
け開弁トルク・スイッチ43はバイパスされた状態とな
る。しかし、開弁ストロークの終了は、一般には閉弁の
場合とは異なったやり方で制御される。したがって、歯
車系の慣性が作用して、プラグ24が“滑動”しバックシ
ートから所定の距離で停止するため、プラグ24の開弁移
動が終わる直前に開路するよう開弁リミット・スイッチ
44が設定されている。このときは、バルブがバックシー
トに着座することを避けるためであって、この状態が保
持されていれば、開弁トルク・スイッチ43はリミット・
スイッチ44のバックアップとして機能する。もし、リミ
ット・スイッチ44が適切に動作しない場合、トルク・ス
イッチ43は、プラグによりバックシート上に付加される
最大スラストまたは負荷を制限することになる。

新しいモータまたは再度組み込まれたモータにより動
作するバルブをキャリブレイトするためあるいは現在の
取付状態を試験するため、本発明に係る装置の取り付け
と本発明に係る方法の実施はつねに同じでなければなら
ない。新しいバルブを取り付けるさい、配線エラー等の
場合に緊急に停止させるため、バルブ・オペレータ制御
回路まで延在しているホット・リード線にあらかじめ
“デッドマン”スイッチを取り付けておくことが重要で
ある。これらのリミット・スイッチは予定されているセ
ッティングにあわせて設定されている。現在の取付状態
または新しい取付状態にあわせた設定の手順は次ぎの通
りである。

まず、バルブ・プラグとバルブ・ステムのアッセンブ
リは、ハンドホイール45を回すことにより手動でバック
シートに着座させられる。しかるのち、リミット・スイ
ッチが解除され、取付ボルト34がゆるめられる。ロード
・セルを取付フランジ11とバルブ・オペレータのハウジ
ング14の取付表面32と33の間に保持することができるに
十分な量、バルブ・オペレータが持ち上げられるまで、
反対の方向にハンドホイールを回すことによりオペレー
タとバルブのアセンブリが手動により閉止方向に動作さ
れる。一般にパッキングの摩擦は十分に大きいので、プ
ラグを着座させることなく、オペレータを持ち上げるこ
とができる。しかるのち、手動によりバルブ・オペレー
タを降下させる。上述のように、所要の予荷重をロード
・セルに与えるよう取付ボルト34を十分に締め付ける。
バルブ・プラグはバックシートに戻され、リミット・ス
イッチは再度閉路した状態となる。スイッチ・インディ
ケータ回路37がバルブ・オペレータ・スイッチ回路38に
接続される。アンメータまたは電流インディケータ40が
モータの導線に接続され、装置の取り付けが終了する。
しかるのち、バルブの動作を通常のやり方で繰り返すこ
とができる。バルブの動作が繰り返されるにしたがっ
て、３つのモニタすべきパラメータが測定され、パラメ
ータの読み取りまたは追跡が記録アナライザ36によって
行われる。

第５図は、モータ駆動バルブの動作をモニタし、動作
サイクルにわたって３つのパラメータを測定した結果と
して記録アナライザ36が作成した代表的なグラフのうち
の１つを示したものである。上から下に向かって見て作
成された３つの軌跡は、ステムに付加されるスラストを
表した軌跡50と、負荷またはモータ電流を表した軌跡51
と、トルク・スイッチとリミット・スイッチの作動を表
す軌跡52であり、それぞれの軌跡は動作サイクルの間に
バルブ・プラグの位置に関してプロットされたものであ
る。バルブ・プラグの位置（または軌跡の横軸）が動作
サイクルの時間を表していることは勿論のことである。
まず、バルブ・ステムの負荷の軌跡を参照すれば、点Ａ
は、バルブ・プラグがまずメイン・バルブ・シート25と
接触し、時間の経過とともにスラストが急増し始めた
（またはバルブ・プラグが着座し始めた）点を表してい
る。点Ｂで閉弁トルク・スイッチが開路し、モータ電流
が遮断され、バルブ・プラグの移動が停止する。なお、
図示のバルブは動作が比較的遅いバルブであるので、閉
弁トルク・スイッチが開路した後、歯車系の慣性のため
に過大なスラストが生じることはない。点ＡとＢとの間
の垂直方向の距離は、バルブ・ステム・スラストを間接
的に測定する従来の方法に付随するいろいろな不正確な
要因を伴うことなく、バルブ・プラグが着座状態におけ
るバルブ・ステム・スラストを正確に測定した結果を示
すものである。

点ＢからＣまでの領域では、バルブは閉弁しており、
モータは動作していない。点Ｃにおいて開弁ストローク
が始まり、図示の小さいスラストはスプリング・パック
27内の皿形・ワッシャ28のゆるみを表している。点Ｃか
らＤまでの領域では、バルブ・オペレータの歯車列は反
対の方向に回転し、ウオーム・ギヤと駆動スリーブの係
合表面の間に“移動がなくなった状態”またはゆるみが
観察される。点Ｂにおいて、ウオーム18と駆動スリーブ
20の間に組み込まれているハンマーブロが着座スラスト
の結果として貯溜されたエネルギを放出することを助け
る。点ＤからＥまでの領域では、この貯溜されたエネル
ギが放出される。点Ｅに見られるスラスト曲線中の断絶
箇所は、ステム・ナット21とバルブ・ステム22との間の
係合状態が反転したことを表している。バルブ・パッキ
ングの材料が上向きの方向または開弁方向に再整合され
るにしたがって、スラストの負荷は点Ｅから点Ｆまで再
度増加する。点Ｆにおけるスラスト負荷曲線のフラット
な箇所は、バルブ・ステムとバルブ・プラグの間の接続
部23における自由遊びを表している。この自由遊びが吸
収されると、第２のハンマーブロが生じる。このハンマ
ーブロは点Ｆから点Ｇまでのスラストにより表示されて
いる。

スラストを表す軌跡50の原点から点Ａまでに見られる
スラストを表す軌跡50のうちのわずかに下向きに傾斜し
た部分は、開弁位置と閉弁位置との間でバルブ・ステム
とバルブ・プラグを移動させるために必要な運転スラス
トを表している。静的な状態のもとで下向きの速度が一
定であると仮定すれば、閉弁に必要な力（運転バルブ・
ステム・スラスト）は、バルブ・ステムとバルブ・プラ
グの重量に打ち勝たなければならない摩擦力に等しい。
これと比べ、（ハンマーブロの突出部Ｇを除いた）点Ｆ
から軌跡の終わりまでにいたる軌跡のうちのわずかに上
向き傾斜した部分は、バルブが閉弁位置から開弁位置ま
で移動するにしたがってバルブ・ステムに付加される運
転バルブ・ステム・スラストを表している。バルブを開
弁する運転スラストは、摩擦力プラスバルブ・ステムと
バルブ・プラグの重量に等しい。全動作サイクルにわた
る累加的に付加されたスラストを表している軌跡50につ
いては、閉弁用の運転バルブ・ステム・スラストと開弁
用の運転バルブ・ステム・スラストは、２つの合計に等
しい量Ｈだけ互いに垂直方向に変位している。閉弁用の
運転スラストと開弁用の運転スラストを合計するさい、
バルブ・ステムとバルブ・プラグの重量は相殺されるの
で、垂直方向の変位Ｈは、（閉弁方向と開弁方向の摩擦
力が等しいものと仮定すれば、）摩擦力の２倍に相当し
ている。

第５図の底部に示されているスイッチの作動を表す軌
跡52とバルブ・ステム・スラストを表す軌跡50との相関
関係は、スイッチの作動点における実際のスラストを指
示するものである。例えば、開弁トルク・スイッチが開
路する点（点Ｂ′）において実際のバルブ・ステム・ス
ラストが正しく指示されていることは、バルブの製造業
者の設計スラストが適切に得られていることを示すもの
である。上述のように、設計スラストはバルブ前後の特
定の動作上の差圧に基づくものであって、バルブが着座
して、設計条件のもとで適切に封止を行うことができる
ようにするためには絶対的な最小値として前記のバルブ
・ステム・スラストに到達しなければならない。加え
て、トルク・スイッチの開路を正確にモニタすること
と、結果として生じるスラストの消失とモータの停止と
の相関関係は、モータ制御における問題を正確に呈示す
るものである。例えば、スラストの消失を伴うことなく
トルク・スイッチが開路することは、モータの接点が正
しく動作しなかった可能性があることを示している。も
し、（例えば、モータの接点が汚れたりあるいは磁化し
たため、）トルク・スイッチが開路したとき、モータの
接点が解除状態とならないときは、重大な損傷を引き起
こす過大なスラストが生じるおそれがる。

第５図の中央に示されているモータ電流を表す軌跡51
は、バルブ・オペレータの問題をより正確に呈示するこ
とを助けるものである。例えば、スイッチの作動とバル
ブ・ステムの負荷を表す軌跡との相関関係をとってみて
も、スラストが過大となった状態がモータ接点の問題の
ためであるのかまたは歯車系の慣性のためであるのか判
定することはできないかもしれない。しかし、対応した
電流を表す軌跡を調査することにより、２つの項目の間
を識別することができるとともに、問題の実際の発生源
を同定することが可能である。なぜなら、歯車列の慣性
に起因するスラストに対応して電流が流れないからであ
る。図示されている電流を表す軌跡51については、点
Ｂ″において電流が流れないことは、Ｂ′点において閉
弁トルク・スイッチが開路することと対応しており、バ
ルブが閉弁した時点でバルブ・オペレータが正しく機能
していることを示している。

第５図に示されている軌跡は、バルブとアクチュエイ
タが正しく動作していることを表している。モータ駆動
バルブの動作上の問題を診断して解析するのが本発明に
係る装置と方法の主たる目的である。第６図は、モータ
駆動バルブの閉弁ストロークにおけるバルブ・ステムに
付加されるスラストを表す軌跡60と、モータの電流を表
す軌跡61と、スイッチの作動を表す軌跡62をバルブの動
作中に“見たまま”の状態で示したものである。実際に
測定されたバルブ・ステムに付加された閉弁スラストは
8227ポンドであった（第６図の垂直方向の寸法（ａ）を
参照のこと）。このスラストは、寸法（ｂ）により示さ
れているように、設計流量と温度と差圧において漏洩が
生じない封止状態を提供するために必要とされるスラス
トの計算に基づいた2757ポンドの推奨される設計バルブ
・ステム・スラストと対比された。実際上は、閉弁トル
ク・スイッチは、限界的な漏洩が生じない封止状態が得
られるようにするため、安全の限界を提供するよう設計
スラストを若干越えたスラストのレベルで開路するよう
に意図的に設定されている。しかし、第６図に示されて
いる軌跡60により表示されている実際に測定されたバル
ブ・ステム・スラストは設計スラストのほぼ３倍であっ
て、一般的な安全ファクタを提供するに必要な設計スラ
ストを大幅に上回っている。加えて、実際に付加された
過大な閉弁スラストは約16％のオーバースラストぶん悪
化している。このオーバースラストは、トルク・スイッ
チが開路したあと付加されるスラスト全部の増加量であ
る。第６図に示されているスイッチの作動を表す軌跡62
を参照すれば、点（ｅ）はトルク・スイッチが開路した
点を表示しており、この点ではスラストを表す軌跡60上
の寸法（ｃ）により示されている対応したスラスト・レ
ベルに前記の軌跡が到達している。したがって、トータ
ル・オーバースラストは、トータル・ステム・スラスト
（ａ）と閉弁トルク・スイッチが開路したときのスラス
ト（ｂ）との差である。オーバースラスト自身は、バル
ブ・オペレータの２つのファクタから直接得られる。ト
ルク・スイッチが開路し（軌跡62の点（ｅ）参照）、モ
ータ接点が開いてモータに流れる電流を阻止した（電流
を表す軌跡61の点（ｇ）参照）後にタイム・ラグが生じ
ており、このタイム・ラグの間におけるオーバースラス
トの増加量は（ｄ）となる。加えて、電流の流れが止ま
った後における歯車系の慣性に基づくオーバースラスト
の増加量は（ｆ）である。オーバースラストの増加量
（ｄ）と（ｆ）の大きさは、ストローク時間が比較的早
く経過するバルブについては特に重要である。

第６図に示されている軌跡を利用して実際のトータル
・バルブ・ステム・スラストとこれに関連したファクタ
を解析することにより、安全上の適切な範囲を提供する
が、損傷を引き起こすおそれがある過大なスラスト負荷
を回避してこれを取り除くことができる適切なトルク・
スイッチの設定を行うことができる。

本発明に係る装置と方法によれば、モータ駆動バルブ
のバルブ・ステム・スラストを従来の技術では得られな
いような精度でもってモニタし測定することができるこ
とは上記の説明より明らかである。しかも、本発明によ
れば、従来の技術ではまったく測定することができない
かあるいは検出することができないバルブとバルブ・オ
ペレータの特性を詳細に同定することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバーツ ジェフリー ジェー アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 54228 ミチコット、ベンジンガーロー ド 2706 (72)発明者 ショーンバーガー ジャック オー アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 54241 ツーリバース、カウンティハイ ウェーオー 2709 (56)参考文献 特公 平３−48388（ＪＰ，Ｂ２) 特表 昭64−500140（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−502775（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503113（ＪＰ，Ａ) 米国特許4542649（ＵＳ，Ａ) 欧州公開287299（ＥＰ，Ａ２)

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブ・ボディと、開弁位置と閉弁位置と
   の間で移動可能にバルブ・ボディ内に設けられたバルブ
   ・プラグと、該バルブ・プラグに取り付けられたバルブ
   ・ステムとを備えたバルブとバルブ・オペレータのアッ
   センブリであって、前記バルブ・オペレータが原動力源
   と、原動力源からバルブ・ステムに動作負荷を伝達して
   バルブ・プラグを移動させるよう配置された、原動力源
   とバルブ・ステムを作動的に連結する原動力伝達手段を
   備えているバルブとバルブ・オペレータのアッセンブリ
   において、バルブ・ステムへの実際の動作負荷をモニタ
   し測定する装置が、バルブ・ステムの任意の位置におけ
   るバルブ・ステムへの実際の動的動作負荷のうち正比例
   部分を検知するとともに、検知された負荷を表す信号を
   発生するようバルブ・ボディとオペレータ・ハウジング
   との間に配置された負荷検知手段と、負荷信号をバルブ
   ・ステムへの実際の動作負荷に変換するとともに、バル
   ブ・ステムへの実際の動作負荷の出力を発生する手段と
   を有し、オペレータ・ハウジングとバルブ・ボディが向
   かい合った取付面を備えており、本装置がさらに、オペ
   レータ・ハウジングをバルブ・ボディに取り外し可能に
   取り付ける取付ボルトを備えており、前記負荷検知手段
   が、取付面の間に配置されているとともに、前記取付ボ
   ルトの取付力により前記取付面の間で固定されている装
   置。
2. 【請求項２】前記負荷検知手段が、一連のロード・セル
   を有する請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記一連のロード・セルが、バルブの閉止
   に基づくバルブ・ステムを動作させる最大の負荷を越え
   たレベルまであらかじめ負荷されている請求項２記載の
   装置。
4. 【請求項４】前記一連のロード・セルが、取付ボルトご
   とに１個の割合で設けられたロード・セルを有する請求
   項３記載の装置。
5. 【請求項５】バルブ・ボディと、開弁位置と閉弁位置の
   間で移動可能にバルブ・ボディ内に設けられたバルブ・
   プラグと、該バルブ・プラグに取り付けられたバルブ・
   ステムとを備えたバルブとバルブ・オペレータのアッセ
   ンブリであって、前記バルブ・オペレータが、原動力源
   と、バルブ・ボディに取り付けられたオペレータ・ハウ
   ジングと、原動力源からバルブ・ステムに動作負荷を伝
   達して、バルブ・プラグを移動させるよう配置された、
   原動力源とバルブ・ステムを動作的に接続する原動力伝
   達手段を備えているバルブとバルブ・オペレータのアッ
   センブリにおいて、バルブ・ステムへの実際の動作負荷
   をモニタし測定する方法であって、該方法が、下記の諸
   工程、すなわち、原動力源によりバルブ・ステムに伝達
   された負荷に基づくバルブ・ボディとオペレータ・ハウ
   ジングの間の反力を検知するよう前記負荷検知手段を前
   記アッセンブリのオペレータ・ハウジングとバルブ・ボ
   ディに設けられた対向取付面間に配置固定する工程と、
   開弁位置と閉弁位置の間の任意の位置における反力を検
   知する肯定と、検知された反力を表す信号を発生する工
   程と、該反力を表す信号をバルブ・ステムへの実際の動
   作負荷に変換する工程と、バルブ・ステムを動作させる
   負荷の出力を発生する工程とを有する方法。
6. 【請求項６】前記負荷検知手段が、一連のロード・セル
   を有する請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】本方法がさらに、オペレータ・ハウジング
   をバルブ・ボディに取り外し可能に取り付ける工程と、
   バルブの閉止に基づくバルブ・ステムを動作させる最大
   の負荷を越えたレベルまでロード・セルをあらかじめ負
   荷するに十分な大きさの取付力を付加する工程を有する
   請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】オペレータ・ハウジングとバルブ・ボディ
   が、取付ボルトを使用して取り外し可能に取り付けられ
   ている請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】前記一連のロード・セルが、取付ボルトご
   とに１個の割合で設けられたロード・セルを有する請求
   項８記載の方法。
10. 【請求項１０】バルブ・ボディと、開弁位置と閉弁位置
    の間で移動可能にバルブ・ボディ内に設けられたバルブ
    ・プラグと、バルブ・プラグに取り付けられたバルブ・
    ステムを備えてたバルブとバルブ・オペレータのアッセ
    ンブリであって、前記バルブ・オペレータが、原動力源
    と、バルブ・ボディに取り付けられたオペレータ・ハウ
    ジングと、原動力源からバルブ・ステムに動作用の負荷
    を伝達してバルブ・プラグを移動させるよう配置され
    た、原動力源とバルブ・ステムを動作的に接続する原動
    力伝達手段と、開弁位置と閉弁位置で原動力源の出力を
    終わらせるよう原動力伝達手段と原動力源に動作的に取
    り付けられたリミット・スイッチ手段とトルク・スイッ
    チ手段を備えているバルブとバルブ・オペレータのアッ
    センブリにおいて、該バルブとバルブ・オペレータのア
    ッセンブリの動作をモニタし測定する方法が、下記の諸
    工程、すなわち、開弁位置と閉弁位置の間でバルブ・プ
    ラグが移動するにしたがって、バルブ・ステムへの実際
    の動作負荷のうち正比例する部分を連続的に測定する工
    程（ａ）と、測定された負荷をバルブ・ステムへの実際
    の動作負荷に変換する工程（ｂ）と、バルブ・プラグの
    位置の関数としてバルブ・ステムへの実際の動作負荷の
    出力を発生する工程（ｃ）と、工程（ａ）に続いて、リ
    ミット・スイッチ手段とトルク・スイッチ手段の動作を
    モニタする工程（ｄ）と、バルブ・プラグの関数として
    前記スイッチ手段の出力を発生する工程（ｅ）と、工程
    （ｃ）の出力と工程（ｅ）の出力の相関関係を設定する
    工程（ｆ）と、工程（ｆ）に基づく相関関係を利用して
    前記アッセンブリの動作を解析する工程（ｇ）とを有す
    る方法
11. 【請求項１１】前記原動力源が電動機より成り、前記リ
    ミット・スイッチ手段とトルク・スイッチ手段が、電気
    機械的なリミット・スイッチと、電気機械的なトルク・
    スイッチと、電気的な制御回路を有する請求項10記載の
    方法。
12. 【請求項１２】前記スイッチ手段の動作に基づく出力
    が、制御回路の電圧に基づく信号を有する請求項11記載
    の方法。
13. 【請求項１３】バルブ・ステムへの実際の動作負荷の一
    部が、バルブ・ボディとバルブ・オペレータの間の取付
    界面で測定される請求項12記載の方法。
14. 【請求項１４】測定された負荷が、モータによりバルブ
    ・ステムに伝達された負荷に基づくバルブ・ボディとバ
    ルブ・オペレータの間の反力である請求項13記載の方
    法。
15. 【請求項１５】本方法がさらに、下記の諸工程、すなわ
    ち、工程（ａ）に続いて、モータの電流を測定する工程
    （１）と、バルブ・プラグの位置の関数として電流の出
    力を発生する工程（２）と、工程（１）の出力と工程
    （ｃ）と（ｅ）の出力の相関関係を測定する工程（３）
    とを有する請求項12記載の方法。
16. 【請求項１６】取付ボルトにより軸方向の負荷が伝達さ
    れるボルト止めされた取付面を備えたオペレータ・アッ
    センブリによりワークピースに付加される軸方向の動的
    な可変負荷をモニタし測定する装置において、該装置
    が、実際の軸方向負荷のうち正比例部分を連続的に検知
    するとともに、検知された負荷を表す信号を発生するよ
    う前記取付面に関して動作的に配置された負荷検知手段
    と、負荷の信号を実際の軸方向負荷に変換するととも
    に、軸方向の負荷を発生する手段とを有する装置。
17. 【請求項１７】前記負荷検知手段が、取付面の間に配置
    されていて、取付ボルトにより前記取付面間に固定され
    ている請求項16記載の装置。
18. 【請求項１８】前記負荷検知手段が、圧縮状態または引
    張状態における軸方向の負荷に対する反作用を表す負荷
    を検知するようにされている請求項17記載の装置。
19. 【請求項１９】前記検知手段がロード・セルより成る請
    求項18記載の装置。
20. 【請求項２０】前記ロード・セルが、軸方向の最大負荷
    におけるロード・セル内の残留圧縮応力を保持するに十
    分なレベルまで取付ボルトの取付力によりあらかじめ負
    荷されている請求項19記載の装置。