JP3188267B2 - モーター駆動弁システムの状態モニター方法 - Google Patents

モーター駆動弁システムの状態モニター方法

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JP3188267B2
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters

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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は一般的にモーター駆動弁システムの試験及
び診断の分野に係わる。
発明の背景 米国の原子力規制当局は、安全に係わるすべての変位
可能なモーター駆動弁（“MOV"s）が設計上想定される
事象の発生時に動作可能なように試験及び診断に関する
数多くの規則を定めている。最近定められた規則は、原
子力発電所または原子力施設内に存在する安全に係わる
すべてのMOVについて適正な制御スイッチの設定を確立
し実行するための初期試験プログラムを要求している。
適正なMOVスイッチの設定がなされていると、適当なト
ルク／スラストにより弁を“差圧力”に抗して閉じるこ
とができる。差圧は、弁の開閉時、及び流体系の圧力が
弁のポンプ側で最高、下流側で最低となる全閉に近い状
態にあるときにモーター作動装置が克服しなければなら
ない流体系内部圧と定義できる。“差圧力”は、差圧に
弁面積を乗算し、さらに代表的な摩擦係数を乗算した積
に、ライン圧と弁棒断面積の積を加算した値と定義でき
る。スイッチを設定する際には実際は控え目な設定であ
る“マージン”が付加される。例えば、適正なスイッチ
の設定が15,000ポンドのスラストが必要としたのに実際
の設定値が17,000ポンドであったとすれば、マージンは
2,000ポンドということになる。
この初期（またはベースライン）試験の後、劣化を識
別しまた設備の耐用期間に亘り設定が適正でありつづけ
るようにするため定期試験が必要である。
MOVアクチュエーターはトルクスイッチによって制御
されるのが普通であるから、トルクスイッチの設定が適
当か否かはアクチュエーターのトルク／スラスト変換次
第である。例えば、弁棒に対して“y"ポンドのスラスト
を供給したければトルクスイッチを“x"フィート・ポン
ドに設定する。劣化が原因でMOV内のトルクが、弁が実
際に開閉する前に（例えば、弁棒負荷が“y"ポンドのス
ラストに達する前に）トルクスイッチを引きはずすのに
充分な高いレベルになる（即ち、“x"フィート・ポンド
に達してMOVモーターを停止させる）恐れがあることが
知られている。このような状況では、ベースライン試験
の際に設けたゆとりまたは“マージン”が“減少した”
または消耗されたと説明するのが普通である。そこで、
弁の開閉に必要なスラストを供給するのに充分なスラス
トがMOVに残っているかどうかを判断するためスラスト
・マージンを定期的にモニターすることがMOV診断の決
め手であるとするのがこの分野での常識であった。
スラスト・マージンを定期的にモニターする方法とし
て直接的に弁をチェックして有効な弁棒スラスト値を測
定するという方法がある。このアプローチでは弁棒の作
動負荷の増大を識別することはできるが、モーターまた
はアクチュエーターが問題になりつつあることを充分に
識別できるとは思えない。モーターまたはアクチュエー
ターが劣化すると、その結果としてトルクスイッチを引
きはずすための充分なトルクが得られないことがある。
この状態により普通、引きはずし熱過負荷またはモータ
ーの焼け切れが起こる。
本願の発明者は力率やモーター負荷のような仕事率パ
ラメーターをモニターすることによってスラスト・マー
ジンの消耗を検知する弁作動装置診断システムを開発
し、譲受人がこれを上市した。このようなシステムの例
は米国特許第4,831,873号及び第4,869,102号に開示され
ている。これらのシステムはシュミレートまたは計算さ
れた弁棒作動負荷（スラスト）を利用することによって
運転状態中の仕事率パラメーターと弁棒負荷の間の直接
的な関係を求め、次いでこの関係を利用することにより
最大許容弁棒スラスト消耗量に基づく仕事率パラメータ
ーのしきい値を設定し、定期的に仕事率パラメーターを
モニターしてこれをしきい値と比較した。このようなシ
ステムでは弁棒スラストを（上述したように）直接測定
する代わりに仕事率パラメーターを測定した。従って、
このようなシステムにも上記第１の方法と同様の欠点が
ある。本願の発明者はその後も弁モニターの問題と取り
組み、その過程で、試験間隔が長い場合の改良型マージ
ン測定方法が必要であることを認識した。即ち、発明者
が先に開発したシステムによって確立されて仕事率パラ
メーターと弁棒スラストの関係は試験間隔が長い場合に
は維持されないことを認識した。
発明の概要 要約すれば、本発明は１つの試験から次の試験までの
長い期間に生ずる弁棒ファクターの劣化がMOVモーター
の仕事率パラメーターと弁棒スラストとの相関性に及ぼ
す影響及びその結果MOV状態の診断に及ぼす影響に着目
したところに独自性がある。なお、弁棒ファクターは弁
棒のねじに加えられるトルクとその結果発生する弁棒ス
ラストとの機械的関係と定義できる。本発明は上記発見
に対処すべく開発されたマージン損失モニター方法にも
係わり、この方法は上記弁棒ファクターを考慮しながら
MOVモーターの仕事率関連パラメーターと、アクチュエ
ーターの出力トルクと、弁棒スラストの間に成り立つ特
定の相互関係を求め、次いで、弁システム作動中に観察
される仕事率関連パラメーターの傾向変動を分析するこ
とによって弁システムの状態を評価するというものであ
る。モーターの仕事率関連パラメーターとしていづれの
パラメーターを利用しても本発明の範囲に入るが、好ま
しい実施例では弁アクチュエーター内にトルクを発生さ
せるためのモーターの利用可能な出力に対応するパラメ
ーターを仕事率関連パラメーターとして利用する。ACモ
ーターを用いる実施例ではモーター負荷を仕事率関連パ
ラメーターとして選択するのが好ましい。DCモーターを
用いる実施例ではモータートルクと呼ばれる出力／速度
値を仕事率関連パラメーターとして選択するのが好まし
い（モーター出力トルクに定数を乗算した値を表わすト
ルク・ファクターを選択するのが最も好ましい）。これ
らの実施例はいずれも適当な仕事率パラメーター変換器
によって仕事率関連パラメーターを測定する。仕事率パ
ラメーター変換器を利用することにより、弁行程の稼働
部分に亘るモーターの適当な仕事率関連パラメーターを
測定する。本発明は仕事率関連パラメーター、アクチュ
エーター出力トルク及び弁棒スラストに関して求めた相
互関係を利用することにより、傾向変動分析される仕事
率関連パラメーターに現われる所与％の変化を警戒点
（円滑な運動が危うくなるレベル）とする。次いで、弁
システムの弁使用時または使用状態における仕事率関連
パラメーターの傾向変動を分析し、弁システムの状態を
評価する。
従って、本発明の目的は仕事率パラメーター変換器出
力と、アクチュエーター出力トルクと、弁棒スラストの
間の有意義な相関関係を求めたのち、仕事率パラメータ
ー変換器出力の傾向変動を分析することによってモータ
ー駆動弁システムをモニターする方法を提供することに
ある。
本発明の他の目的は、ベースライン状態を初期設定し
てから時間が経過したのちであっても許容範囲内の結果
が得られるようにモーター駆動弁システムの許容範囲を
越える劣化を識別する方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、弁棒ファクターの劣化が
マージンに及ぼす影響を考慮しながらモーター駆動弁シ
ステムのマージン損失をモニターする方法を提供するこ
とにある。
本発明のその他の目的、特徴及び長所は添付図面に沿
った以下の説明から明らかになるであろう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の弁システム・モニター方法の概略図
である。
図２は、ベースライン状態におけるモーター駆動弁シ
ステムの弁アクチュエーター・トルクに対する、差圧に
必要なスラスト、弁棒作動負荷及びマージンの関係を示
す、本発明による、グラフである。
図３は、弁棒ファクターが劣化している状態における
モーター駆動弁システムの弁アクチュエーター・トルク
に対する、差圧に必要なスラスト、弁棒作動負荷及びマ
ージンの関係を示す、本発明による、グラフである。
図４は、図２と図３を結合したグラフである。
図５は、本発明の一実施例によるベースライン・デー
タ取得装置を装備したモーター駆動弁システムを一部切
り欠き、一部分離して示すスケッチである。
図６は、本発明の第２の実施例によるベースライン・
データ取得装置を装備したモーター駆動弁システムを一
部切り欠き、一部分離して示すスケッチである。
図７は、本発明の第３の実施例によるベースライン・
データ取得装置を装備したモーター駆動弁システムを一
部切り欠き、一部分離して示すスケッチである。
図８は、本発明の一実施例による弁使用時に傾向変動
分析を行う装置を装備したモーター駆動弁システムを一
部切り欠き、一部分離して示すスケッチである。
好ましい実施例の詳細な説明 全図を通して類似の参照番号が類似の構成部分を表わ
す添付図面のうち、図１は各ステップを詳しく後述する
本発明方法の一実施例を示す。図２、３及び４は後述す
る用語及び方法の理解を助けるためのグラフである。本
発明は以下に述べる特定の事象順序にも、特定ステップ
にも、ステップごとに略述する動作の特定の集合形成に
も制限されず、むしろ以下に述べるステップは本発明の
記述及び理解に便利なアウトラインに過ぎない。
好ましい実施例はACモーター環境で利用されるから、
この詳細な説明では仕事率関連パラメーターをモーター
負荷と呼ぶことにする。DCモーター環境との関連で同様
の説明を繰り返えすことはしないが、仕事率関連パラメ
ーターとしてのモーター負荷をDCモーター・トルク（ま
たはトルク・ファクター）で置き換えることで以上の詳
細な説明はDCモーター環境の好ましい実施例にもそのま
ま当てはまる。具体的にいかなるDCトランスデューサー
が適当であるかは必要に応じて後述する。
ステップＡ−ベースライン状態を用意する。データを
取得する前にMOVを修理してできる限り正常な、“非劣
化”動作状態に近い状態にする。“非劣化”とは将来の
測定値の比較基準となる既知のベースライン状態を意味
する。好ましくはこの“非劣化”ベースライン状態を用
意するに際して、パッキンの調節、弁棒への注油、スイ
ッチの設定など必要な修理及び／または保守を行う。な
お、“正常な”とは、好ましくはベースライン状態が後
述する弁使用時の傾向変動分析中におけるMOVの上記動
作状態に近いことを意味する：例えば、もし動的な状態
にある弁使用時の傾向変動分析値を求める場合には例え
ばライン圧や差圧など（これらに限定されない）のよう
な状態を考察しなければならない；しかし、弁使用時の
状態が動的であっても、本発明の方法をしかるべき態様
で実施すれば、ベースライン状態と弁使用時の状態との
間に現れる可能性があるパラメーター値の差を調整しな
がらベースライン状態を維持することができる。
ステップＢ−ベースライン・データの取得。このステ
ップでは、ベースライン稼働状態において適当なトラン
スデューサー（図５、６、７参照）を利用する測定によ
っていくつかのMOVパラメーターの値を得る。“ベース
ライン稼働状態”とは“稼働行程”または“稼働状態”
である開及び／または閉行程を通してMOVが常軌ベース
ライン状態で行う動作のことを意味する。稼働状態には
過渡状態を発生させる事象である弁の着座または脱座は
含まれない。本発明の方法の実施態様に応じて値を求め
られるパラメーターも異なる。しかし、好ましい実施例
において例外なく取得されるのは、トルクスイッチが引
きはずされるまでのベースライン弁棒スラスト（“A
T"）の値とベースライン・モーター負荷（“V"）の値で
ある。ベースライン弁棒スラスト値（“P"）、ベースラ
イン・アクチュエーター出力トルク値（“TQ"）及びベ
ースライン・モーターシャフト・トルク値のうちのいず
れか１つまたは２つ以上が取得される実施態様も種々考
えられ、その場合それぞれの取得データ値はベースライ
ン・モーター負荷値（“V"）に対応する（即ち、ベース
ライン・モーター負荷値に対して“スケール”され
る）。これらのパラメーターとその値、及びこれを取得
するための方法と装置については後述する。
ステップＣ−試験対象である特定MOVの許容特性値を
決定すると共に設計上許容し得る基本条件及び劣化特性
を反映する値を決定する。これらの値には弁アクチュエ
ーターの稼働効率（“E"）、アクチュエーターの総合ギ
ア比（“R"）、最大差圧を克服するのに必要な弁棒スラ
スト（設計上の基本条件）（“DT"）、ベースライン状
態における弁棒ファクター（“S1"）、及び劣化状態に
おける弁棒ファクター（“S2"）が含まれることが好ま
しい。これらの値及びそれを取得するための好ましい方
法については後述する。
ステップＤ−取得し算定した上記値を利用してベース
ライン稼働状態におけるアクチュエーター出力トルクを
表わす値（以下“BASE"と呼称する）を求める。BASE算
定の好ましい実施例は後述する。
ステップＥ−取得し算定した上記値を利用して稼働状
態において許容されるアクチュエーターの最大出力トル
クを表わす値（以下“MAX"と呼称する）を求める。この
MAXは選択された設計条件とユーザーによる劣化予想に
応じて異なるから以下の説明ではこれを“許容"MAXとい
う表現で記述する。つまり、これはユーザーが許容する
MAXである。MAX算定の好ましい実施例については後述す
る。
ステップＦ−アクチュエーター出力トルクの許容最大
変動を％で表わす値を求める。即ち、MOVには弁を正し
く着座または脱座させるのに充分なスラスト及び／また
はトルクがないと利用者が判断する前において、ベース
ライン及び設計／劣化条件に基づいて算定した、BASEか
らのアクチュエーター出力トルクの最大許容変動量を％
で表わした値である。この％を以下“Loss−of−Margin
percentage（マージン損失％）”と呼ぶ。マージン損
失％は下記式を利用して計算するのが好ましい： ステップＧ−本発明の好ましい実施例では、許容最大変
動％に達する前にユーザーに警告する安全上のマージン
を大きくするため安全係数を導入しなければならない。
このような比較的大きい安全上のマージンを以下“警報
レベル％”と呼び、下記式によって計算する： 安全係数は１または１以上の数である。ユーザーが最初
のマージン損失％で充分と感ずる場合には安全係数を例
えば１に設定すればよい。しかし好ましい実施態様とし
ては安全係数を２とする。
ステップＨ−本発明では、ベースライン状態に対する
アクチュエーター出力トルクの許容最大変動％はモータ
ー負荷値の許容最大変動％と同じである。そこで、稼働
状態におけるモーター負荷の許容最大値に相当する“マ
ージン損失値”を算出する： ［マージン損失％］ｘ［Ｖ］＝マージン損失値 さらに、安全係数を導入することによってモーター負荷
の警報レベル値が得られる： ［警報レベル％］ｘ［Ｖ］＝警報レベル値 ステップＩ−弁が使用されている状態におけるモーター
負荷値を傾向変動分析する。警報レベル値及びマージン
損失値が得られたら、これらの値を利用することによ
り、MOVが弁を作動させている状態で傾向変動分析期間
に亘るモーター負荷値の変動を評価する。モニター値は
運転負荷時のモーター負荷であることが好ましい。MOV
を作動させ、モーター負荷測定装置をMOVに、ただし発
電所／施設の遠隔マスターコントロールセンター（“MC
C"）において接続する。図８には本発明の方法のうち傾
向変動分析を行うための装置を示した。モーター負荷測
定装置75の好ましい実施例については後述する。モータ
ー負荷値は傾向変動分析期間に亘って連続測定すること
が好ましい。図示実施例の場合、モーター負荷測定装置
75からの出力が適当な信号伝送ケーブルを介して信号コ
ンディショナー83へ、次いで（例えばメーターやオッシ
ロスコープのような）表示装置及び／または（例えばコ
ンピューター・メモリー装置のような）記録装置84へ伝
送される。好ましい実施例では、傾向変動分析されたモ
ーター負荷のプリントされた経時記録を作成することに
より、ユーザーが傾向変動分析期間に亘るモーター負荷
状態を走査できるようにする。
ステップＪ−ユーザーはマスターコントロールセンタ
ー90において、あるいは実施例によってはMOV16におい
てモーター負荷の傾向変動分析値を定期的にモニター
し、MOVシステムの状態を評価する。モーター負荷の傾
向変動分析値がベースライン・モーター負荷値（“V"）
よりも大きくなった場合、弁棒駆動負荷が増大したか、
あるいは稼働負荷の作用下にある弁棒にスラストを作用
させるのに必要なモーター・トルクを増大させる劣化が
発生したか（または双方が複合して起こった）のいずれ
かである。どちらの事象も利用可能なスラスト・マージ
ンを低下させ、従って、必要なトルクを提供するアクチ
ュエーターの能力を低下させる。
モーター負荷の傾向変動分析値が警報レベル値まで増
大すると、（ユーザー側の基準に基づいて）許容できな
い劣化が起こり、設備の能力を評価しなければならない
事態であることが指示される。マージン損失値に達した
場合（即ち、警報レベルを越えた場合）マージンが消耗
したこと（即ち、おそらく弁棒／弁棒ナット効率がS2算
定に利用される値まで劣化したこと）と、円滑な稼働が
危ういことが指示される。原因と残りの能力を評価せず
に測定値がマージン損失点に近づくのを意図的に許容し
てはならない。万一、傾向変動分析値が警報レベル値ま
で増大した場合に直ちに取るべき修正措置は発電所の条
件や弁の場所に応じて異なる。劣化原因を突き止める第
１ステップとして弁棒の注油状態を先ず考慮しなければ
ならない。弁棒の注油状態が分析低下の原因でなけれ
ば、問題がアクチュエーターにあるのか弁にあるのかを
判定するため、弁における徹底した再試験が必要にな
る。本発明の方法では物理的な警報ステップを設けない
が、マージン損失値及び／または警報レベル値に近いこ
とをユーザーに知らせるため、音声アラーム、プリント
・フラッグなどの“アラーム”を提供するように本発明
を実施することも可能である。
装置。図５、６及び７に本発明の方法を行うのに必要
なベースライン値に設定されたMOVの好ましい実施例を
示した。MOVそのものは公知であるからここではその詳
細な説明を省き、その構成部分が弁別できるように概説
するにとどめる。この分野で広く採用されているタイプ
のモーター駆動弁システム16はウォームシャフト19を駆
動するモーター18を有し、ウォームシャフト19がウォー
ム20を駆動し、ウォーム20がウォームギヤ21を駆動す
る。ウォームギヤ21には駆動スリーブ22を形成してあ
り、（図示しない）駆動ナットがこのスリーブ22に挿入
されてこれと係合する。内側に螺条を有する駆動ナット
が外側に螺条を有する弁棒24を駆動する。弁棒24が弁シ
ャフト27と係合して弁集合体25の弁要素26を開閉する。
モーター18の回転慣性を吸収し、アクチュエーターに作
用するトルク負荷を測定する機構を構成するため、ウォ
ームシャフト19の一端に精密圧縮ばね群30を設ける。図
面ではトルクスイッチ集合体32がウォーム20及びばね圧
縮力との関連で回動するようにポスト33を介して平歯車
34に連結されている。トルクスイッチ集合体32はこの分
野に広く利用されているタイプのものであり、（図示し
ない）電気／機械的トルクスイッチを収容するスイッチ
チェンバー35を含む。図示の弁集合体25はこの分野では
典型的なゲート弁であるが、他のタイプのものを使用し
てもよい。ゲート弁集合体25は導管28中を流動する流体
に対して直角に上下動するゲート要素26を含む。
図５〜７はモーター負荷出力値のベースライン値
（“V"）を得るための装置の１実施例を示す。ACモータ
ーの場合、モーター負荷出力値は仕事率パラメーター・
トランスデューサー75、好ましくはACモーター負荷トラ
ンスデューサー75（以下“ACMLT"75とも呼称する）によ
って測定される。ACモーター負荷出力はモーターの電
圧、電流及び力率から、モーター効率損失を補償した上
で算出される。これによって能動（またはシャフトの）
仕事率に比例する値が得られる。AC誘導モーターの場
合、モーターシャフトトルクにも比例する。これらの値
は負荷が比較的安定している期間に亘って測定される。
従って、傾向変動分析される値は行程の稼働部分に亘っ
て（上記“稼働状態”において）モーターに作用する負
荷である。モーター負荷トランスデューサー75として使
用に適した例として、ジョージア州アトランタのHenze
−Movats Incorporatedによって製造販売され、メーカ
ーの使用説明書に従って操作されるMOVATS−ACMLUが挙
げられる。このモーター負荷トランスデューサー75は少
なくとも初期タイプのものが参考のためその内容を本願
明細書に引用している米国特許第4,869,102号に開示さ
れている。モーター負荷トランスデューサー75と連携す
るのが電流トランスデューサー79であり、その一例がメ
ーカーの使用説明書に従って操作されるFLUKE model
Y1800である。モーター負荷を正確に測定できるなら、
他の計器を使用してもよい。モーター負荷トランスデュ
ーサー75と連携するものとしてほかに記録及び／表示装
置84があり、好ましい実施例では、信号コンディショナ
ー83をも連携させる。
DCモーターと併用される好ましい実施例では、仕事率
パラメーター・トランスデューサー75はDCモーター・ト
ルク・トランスデューサーであることが好ましい。既に
述べたように、本発明で使用される好ましいDC仕事率パ
ラメーターの１つはトルク・ファクターである。このト
ルク・ファクター、及びトルクをモニターするのに使用
されるDC仕事率パラメーター・トランスデューサー75と
して好適な例の１つがその内容を本願明細書の一部を形
成するものとして引用した米国特許第4,888,996号に開
示されている。このDC仕事率パラメーター・トランスデ
ューサー例がジョージア州アトランタのHenze−Movats
Incorporatedによって製造販売され、メーカーの使用説
明書に従って操作されるMOVATS−DCMTUである。モータ
ー負荷トランスデューサー75と連携するのが電流トラン
スデューサー79であり、その１例がFLUKE model Y180
0であり、メーカーの使用説明書に従って操作される。
従って、傾向変動分析される値は行程の稼働部分に亘っ
て（上記“稼働状態”において）モーターに作用するト
ルク負荷である。
図5B〜７はトルクスイッチが引きはずされるまでの利
用可能な弁棒スラスト（“AT"）のベースライン値を得
るための装置の１実施例をも示す。利用可能な弁棒スラ
スト（“AT"）は負荷測定装置54を用いて測定される。
図５〜７には負荷測定装置54を米国特許第4,542,649号
に開示されているように弁棒スラストのインジケーター
として動作するばねパック・ムーブメント・モニター装
置54として示してある。なお、前記特許第4,542,649号
の内容を本願明細書の一部を形成するものとして引用し
た。図示実施例では負荷測定装置54に信号コンディショ
ナー59及び表示（及び／または記録）装置60を連携させ
た。公知のように、信号コンディショナーの目的は装置
54への給電をコンディショニングすると共に出力信号を
表示装置60に供給するのに必要な補助的な構成要素とし
て作用することにある。
図５（図5A及び5B）は、当業界でよく理解されている
標準的な態様で操作される動力計81を利用してベースラ
イン・モーターシャフト・トルク値を測定する実施例を
示す。モーター負荷とモーターシャフト・トルクの間の
変換率（“F"）を求める本発明の方法の１実施例におい
てこのモーターシャフト・トルクが利用される。特定の
モーターについてはモーター負荷とモーターシャフト・
トルクは比例関係にあるが、定数はサイズ、設計、製造
公差及びモーター状態に応じてモーターごとに異なる。
この実施例では、まずモーター18をウォームシャフト19
との連結から外して動力計81及びACMLT75と連結する
（図5A参照）。動力計測定値はモーター負荷測定値と同
時に得られる。これらの測定値から変換率（“F"）の値
が求められる。次いでモーター18を再びウォームシャフ
ト19（図5B参照）と連結し、負荷測定装置54において有
効弁棒スラスト（“AT"）のベースライン値を測定す
る。
図６はトルク測定装置85によってベースライン・アク
チュエーター出力トルク（“TQ"）を直接測定する実施
例を示す。使用に適したアクチュエーター・トルク測定
装置の１例として、Henze−Movats Incorporatedによっ
て製造販売され、メーカーの使用説明書に従って操作さ
れるMOVATS−TORQUE MASTERが挙げられる。余り好まし
くはないが使用に耐える初期のトルク測定装置の１例が
その内容を本願明細書の一部を形成するものとして引用
した米国特許第4,759,224号に開示されている。図示の
実施例ではトルク測定装置85にコンディショニング装置
86及び表示／記録装置87を連携させる。モーター負荷値
とアクチュエーター出力トルクの間の関係を求める別の
実施例ではアクチュエーター出力トルク（“TQ"）を利
用し、計算によってではなく測定によってアクチュエー
ター効率を考慮する。
図７に示す実施例では、弁棒ひずみ測定装置92を利用
してベースライン弁棒スラスト（“P"）を、さらに他の
実施例ではトルクスイッチが引きはずされるまでの利用
可能な弁棒スラスト（“AT"）をも測定する。弁棒ひず
み測定装置92として使用できる２つの例として、Henze
−Movats Incorporatedによって製造販売され、メーカ
ーの使用説明書に従って操作されるMOVATS−SSR及びMOV
ATS−SSTを挙げることができる。初期に製造されたMOVA
TS−SSRはその内容を本願明細書の一部を形成するもの
として引用した米国特許出願第209,425号に開示されて
おり、この出願は特許査定を受けている。初期に製造さ
れたMOVATS−SSTはこれもその内容を本願明細書の一部
を形成するものとして引用した米国特許出願第258,659
号に開示されており、この出願も特許査定を受けてい
る。図示の実施例では、弁棒ひずみ測定装置92にコンデ
ィショニング装置93及び表示／記録装置94を連携させ
る。弁棒スラストとモーター負荷の間の関係を求める別
の実施例ではベースライン弁棒スラスト（“P"）が利用
される。
好ましい実施例では、MAX及びBASEの値、マージン損
失値、及び警報レベル値を既に取得された適当な値が入
力されているプログラマブル・コンピューターのような
（図示しない）計算装置によって計算する。コンピュー
ターを正しく操作するのに使用するコンピュータープロ
グラムの具体例は説明しないが、当業者が本明細書を検
討すれば容易にプログラムを作成できると考えられる。
図８は弁使用時の作動状態におけるモーター負荷値の
傾向変動分析（ステップＩ及びＪ参照）を行う装置の好
ましい実施例を示す。図示のように、モーター負荷トラ
ンスデューサー75は傾向変動分析期間に亘ってモーター
負荷をモニターするため、好ましくは例えば施設のMCC9
0のような遠隔場所に設置する。ACMLT75はMCC90のマス
ター制御端子89に接続する。
それぞれのコンディショニング装置59,83,86,93はす
べてのトランスデューサーに信号を印加する単一コンデ
ィショニング装置であることが好ましいが、必要な電力
コンディショニングを達成すると共に出力信号を発生し
てこれを供給するのに必要な要素として作用することが
できるなら公知のいかなるコンディショニング装置でも
よい。このようなコンディショニング装置の１例はメー
カーの使用説明書に従って操作されるMOVATS−3000 Da
ta Acquisition Moduleである。それぞれの表示／記
録装置60,84,87,94は単一表示／記録装置であることが
好ましく、本発明に使用するのに好適な記録装置の１例
はメーカーの使用説明書に従って操作されるMOVATS−21
00 Mainframeである。
本発明の方法は図示の装置によって制限されるもので
はない。
必要な値。以下に述べるのは本発明の好ましい方法に
従って取得及び／または算定される種々の値の説明であ
る。それぞれの値についてその意義と控え目となる方向
について略述する。
“V"−ベースライン仕事率関連パラメーター値。モー
ター負荷測定装置75（またはDCモーター・トルク測定装
置75）をメーカーの使用説明書に従って正しく設置した
ら、それぞれの作用方向にベースライン値を求める。こ
の値はトレース（稼働負荷）の定常部分を選択し、最も
高い定常値における値を求めることによって得られる。
最も高い定常値を選択する理由は稼働負荷はある程度の
変動を伴うことが多いからであり、選択の目的はこの最
高定常値における全負荷値を測定することにある。ま
た、これらの計算には高い値ほど控え目な値である。
“R"−アクチュエーター総合ギヤ比。この値はアクチ
ュエーターの仕様書に必ず記載されるモーターシャフト
と駆動スリーブの比である。標準的なオペレーターにお
いては、モーターピニオン／ウォームシャフト比とウォ
ーム／ウォームギヤ比から成る総合ギヤ比である。
“E"−アクチュエーター稼働効率。この値はモーター
シャフトから駆動スリーブまでのアクチュエーター列の
効率である。通常はメーカーによって定格稼働効率値が
提示される。この定格値以外の値を採用する場合には効
率値が高いほど控え目な値である。
“AT"−トルクスイッチが引きはずされるまでの利用
可能な弁棒スラスト。この値は診断試験及び設定データ
から得られ、トルクスイッチひきはずし時点における稼
働負荷以上の利用可能な弁棒スラストと定義される。
“DT"−最大差圧（設計上の条件）下で弁を作動させ
るのに必要な弁棒スラスト。この値は実験データベース
から、または適当な工学技術を利用して然るべき方法で
算定する。
“S1"−ベースライン状態における算定弁棒ファクタ
ー。この値は弁棒／弁棒駆動ナットの効率を表わし、摩
擦係数の算定値を利用してメーカーのチャートから計算
される。良好な状態にある適正に注油された弁棒の場
合、広く採用されている摩擦係数は0.15である。もし具
体的な情報を利用できるなら、状況に適していると考え
られる摩擦係数値を採用すればよい。これらの計算に
は、摩擦係数が低ければ低いほど（従って、効率が高け
れば高いほど）より控え目なベースライン弁棒ファクタ
ーが得られる。
“S2"−劣化状態における算定弁棒ファクター。この
ファクターはS1と同じ方法で得られる；ただし、弁棒／
弁棒ナット潤滑の予想（または許容）最大劣化を表わす
摩擦係数値が使用される。広く採用されている値は0.20
である。ここでも、もし具体的な情報を利用できるなら
これを利用すべきである。この値は最悪のケースにおけ
る効率を表わす値であるから、摩擦係数値が高ければ高
いほど（効率が低ければ低いほど）控え目な許容基準が
得られる。
“F"−ACモーター負荷電圧（またはDCモーター・トル
ク電圧）とモーターシャフト・トルクとの間の変換率。
この値はモーターを作動させながらACモーター負荷（ま
たはDCモーター・トルク・ファクター）を固有トルク負
荷の動力計で経時的に測定することにより実験的に得ら
れる。本来は固有値であるが、ある程度の増大は許容さ
れる。
“P"−ベースライン・モーター負荷値に対応する弁棒
スラスト。ベースライン・モーターの過程で（図７に関
連して上述した弁棒ひずみ測定装置92のような）トラン
スデューサーで弁棒スラストを測定し、ベースライン・
モーター負荷値測定の対象となった行程部分からの稼働
負荷値を利用することによって得られる。これよりも好
ましくない実施態様として、“P"値を概算することも可
能であり、弁棒稼働負荷を概算する方法として、パッキ
ン押さえにおける弁の直径（インチ）にポンド単位で表
わされるスラスト値として1000を乗算するという方法が
ある。
“TQ"−アクチュエーター出力トルク。ベースライン
・モーター負荷値に対応するアクチュエーター出力トル
ク値。これはベースライン・モーター負荷の測定と並行
して出力トルクを測定し、稼働負荷値を利用することに
よって得られる。ここでもこの値はモーター負荷値と同
じ行程部分から測定すべきであり、両者間の関係を求め
るのに利用する。
MAX及びBASE−（ａ）動力計でモーターを試験する実
施例（図５参照）の場合： MAX＝［AT（S1）＋（Ｖ＊Ｆ＊Ｒ＊Ｅ）］−［DT
（S2）］ BASE＝Ｖ＊Ｆ＊Ｒ＊Ｅ （ｂ）アクチュエーターのトルクを試験する実施例（図
６参照）の場合： MAX＝［AT（S1）＋TQ］−［DT（S2）］ BASE＝TQ （ｃ）ベースライン弁棒スラスト稼働負荷を利用する実
施例（図７参照）の場合： MAX＝［AT（S1）＋Ｐ（S1）］−［DT（S2）］ BASE＝Ｐ（S1） 以上、本発明を好ましい実施例に基づいて説明した
が、冒頭にも述べ、且つ後記する請求の範囲において限
定される本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多様
な変更が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−307033（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503234（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503710（ＪＰ，Ａ) 特表 昭64−500140（ＪＰ，Ａ) 米国特許4869102（ＵＳ，Ａ) 米国特許4831873（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 13/00 G01M 19/00 F16K 37/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】モーターにより弁アクチュエーター及び弁
    棒を介して駆動される弁を有するモーター駆動弁システ
    ムの動作状態の許容できない劣化を弁の使用時識別する
    方法において、 特定のモーター駆動弁システムについて、この弁が可能
    な限り正常な、劣化のない状態で稼働するベースライン
    稼働状態におけるアクチュエーターの出力トルクを表わ
    す値（“BASE"と呼称する）を求め； あらかじめ設定された許容範囲内の劣化を表わす弁棒フ
    ァクターに基づいて稼働状態での許容最大アクチュエー
    ター出力トルクを表わす値（“MAX"と呼称する）を前記
    モーター駆動弁システムについて求め； 下式 によって求めたマージン損失％に等しい値として稼働状
    態におけるBASEからのアクチュエーター出力トルクの最
    大許容増加量の％表示値を決定し； 前記モーター駆動弁について、ベースライン稼働状態に
    おけるモーターの仕事率パラメーターの値を求め； “安全係数”を１以上として、下式 により求めた警報レベル％にベースライン稼働状態にお
    けるモーターの仕事率パラメーターの値を乗算して仕事
    率パラメーターの警報値を設定し； 弁の使用時、モーター駆動弁システムの仕事率パラメー
    ターをモニターし； モニター期間に亘り仕事率パラメーター値の変動を評価
    するステップから成り、 仕事率パラメーターのモニター値の増大が潜在的問題を
    示唆し、パラメーターのモニター値が警報値まで増大す
    れば円滑な運転が危ういことを示唆するようにしたこと
    を特徴とする前記識別方法。
  2. 【請求項２】BASEを求めるステップが少なくとも， ベースライン稼働状態におけるモーター駆動弁システム
    のモーターシャフト・トルクを測定し、 モーターシャフト・トルクをベースライン稼働状態にお
    ける仕事率パラメーター（“V"）と相関させることによ
    り、仕事率パラメーターとモーターシャフト・トルクと
    の間の変換率（“F"）を求め； モーター駆動弁システムにおけるアクチュエーターの総
    合ギヤ比（“R"）を算定し； モーター駆動弁システムにおけるアクチュエーターの稼
    働効率（“E"）を算定し； 下式 BASE＝Ｖ＊Ｆ＊Ｒ＊Ｅ からBASEを計算する。 ステップから成ることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】“R"及び“E"を弁アクチュエーターのメー
    カーによって作成される仕様書から算定することを特徴
    とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記測定ステップが動力計によってモータ
    ーを試験するステップであることを特徴とする請求項２
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】MAXを求めるステップが少なくとも、 ベースライン稼働状態において、ゼロ・トルクとトルク
    スイッチ引きはずし時点のトルクとの間の、弁棒が利用
    できる総アクチュエーター出力トルクを求め； 弁棒の許容最大劣化状態時、予想される最大差圧を克服
    するのに必要な最小アクチュエーター出力トルクを求
    め； 総アクチュエーター出力トルクと許容最大劣化状態にお
    いて必要な最小アクチュエーター出力トルクとの差とし
    てMAXを計算するステップから成ることを特徴とする請
    求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】MAXを求めるステップが少なくとも、 ベースライン稼働状態において、稼働負荷とトルクスイ
    ッチ引きはずし時点におけるスラストとの間の、弁アク
    チュエーターが利用できる弁棒スラストの値（“AT"）
    を求め； 予想される最大差圧下で弁を作動させるのに必要な弁棒
    スラストの値（“DT"）を求め、 モーター駆動弁システムの弁棒／弁棒駆動ナットの効率
    を表わすベースライン稼働状態における弁棒ファクター
    の値（“S1"）を求め； 弁棒／弁棒駆動ナット効率の予想される最大劣化を表わ
    す弁棒ファクターの値（“S2"）を求め； 下式 MAX＝［AT（S1）＋BASE］−［DT（S2）］ からMAXを計算するステップから成ることを特徴とする
    請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】BASEを求めるステップが少なくともベース
    ライン稼働状態におけるアクチュエーター出力トルクを
    直接測定するステップから成ることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記測定ステップが機械的トルク測定装置
    でアクチュエーターを試験するステップから成ることを
    特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】MAXを求めるステップが少なくとも、 ベースライン稼働状態において、ゼロ・トルクとトルク
    スイッチ引きはずし時点のトルクとの間の、弁棒が利用
    できる総アクチュエーター出力トルクを求め； 弁棒の許容最大劣化状態時、予想される最大差圧を克服
    するのに必要な最小アクチュエーター出力トルクを求
    め； 総アクチュエーター出力トルクと許容最大劣化状態にお
    いて必要な最小アクチュエーター出力トルクとの差とし
    てMAXを計算するステップから成ることを特徴とする請
    求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】MAXを求めるステップが少なくとも、 ベースライン稼働状態において、稼働負荷とトルクスイ
    ッチ引きはずし時点におけるスラストとの間の、弁アク
    チュエーターが利用できる弁棒スラストの値（“AT"）
    を求め； 予想される最大差圧下で弁を作動させるのに必要な弁棒
    スラストの値（“DT"）を求め、 モーター駆動弁システムの弁棒／弁棒駆動ナットの効率
    を表わすベースライン稼働状態における弁棒ファクター
    の値（“S1"）を求め； 弁棒／弁棒駆動ナット効率の予想される最大劣化を表わ
    す弁棒ファクターの値（“S2"）を求め； 下式 MAX＝［AT（S1）＋BASE］−［DT（S2）］ からMAXを計算するステップから成ることを特徴とする
    請求項７に記載の方法。
  11. 【請求項１１】BASEを求めるステップが少なくとも、 ベースライン稼働状態において、弁棒に作用するスラス
    ト（“P"）を測定し； モーター駆動弁システムの弁棒／弁棒駆動ナットの効率
    を表わすベースライン稼働状態における弁棒ファクター
    の値（“S1"）を求め、 下式 BASE＝PS1 からBASEを計算するステップから成ることを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記測定ステップが弁棒に弁棒負荷測定
    装置を取付け；ベースライン稼働状態においてモーター
    駆動弁システムが作動している間弁棒負荷測定装置の出
    力をモニターするステップから成ることを特徴とする請
    求項11に記載の方法。
  13. 【請求項１３】MAXを求めるステップが少なくとも、 ベースライン稼働状態において、ゼロ・トルクとトルク
    スイッチ引きはずし時点のトルクとの間の、弁棒が利用
    できる総アクチュエーター出力トルクを求め； 弁棒の許容最大劣化状態時、予想される最大差圧を克服
    するのに必要な最小アクチュエーター出力トルクを求
    め； 総アクチュエーター出力トルクと許容最大劣化状態にお
    いて必要な最小アクチュエーター出力トルクとの差とし
    てMAXを計算するステップから成ることを特徴とする請
    求項11に記載の方法。
  14. 【請求項１４】MAXを求めるステップが少なくとも、 ベースライン稼働状態において、稼働負荷とトルクスイ
    ッチ引きはずし時点におけるスラストとの間の、弁アク
    チュエーターが利用できる弁棒スラストの値（“AT"）
    を求め； 予想される最大差圧下で弁を作動させるのに必要な弁棒
    スラストの値（“DT"）を求め、 モーター駆動弁システムの弁棒／弁棒駆動ナットの効率
    を表わすベースライン稼働状態における弁棒ファクター
    の値（“S1"）を求め； 弁棒／弁棒駆動ナット効率の予想される最大劣化を表わ
    す弁棒ファクターの値（“S2"）を求め； 下式 MAX＝［AT（S1）＋BASE］−［DT（S2）］ からMAXを計算するステップから成ることを特徴とする
    請求項11に記載の方法。
  15. 【請求項１５】モーター駆動弁システムのモーターがAC
    モーターであり、 仕事率パラメーター値を求めるステップが、モーター駆
    動弁システムについて、ベースライン稼働状態における
    ACモーター負荷値を求めるステップから成り； 警報値を設定するステップが、求めたベースライン稼働
    状態におけるモーター負荷値に警報レベル％を乗算して
    モーター負荷の警報値を設定するステップより成り； 仕事率パラメーターをモニターするステップが、弁使用
    時におけるモーター駆動弁システムのモーター負荷をモ
    ニターするステップより成り； 仕事率パラメーター値の変動を評価するステップが、モ
    ニター期間に亘りモーター負荷値の変動を評価するステ
    ップより成ることを特徴とする請求項１の方法。
  16. 【請求項１６】モーター駆動弁システムのモーターがDC
    モーターであり、 仕事率パラメーター値を求めるステップが、モーター駆
    動弁システムについて、ベースライン稼働状態における
    DCモータートルク・ファクターを求めるステップから成
    り； 警報値を設定するステップが、求めたベースライン稼働
    状態におけるモータートルク・ファクターに警報レベル
    ％を乗算してモーター負荷の警報値を設定するステップ
    より成り； 仕事率パラメーターをモニターするステップが、弁使用
    時におけるモーター駆動弁システムのモータートルク・
    ファクターをモニターするステップから成り； 仕事率パラメーター値の変動を評価するステップが、モ
    ニター期間に亘りモータートルク・ファクターの変動を
    評価するステップから成ることを特徴とする請求項１の
    方法。
  17. 【請求項１７】モーター駆動弁システムのモーターがDC
    モーターであり、 仕事率パラメーター値を求めるステップが、モーター駆
    動弁システムについて、ベースライン稼働状態における
    DCモータートルクを求めるステップから成り； 警報値を設定するステップが、求めたベースライン稼働
    状態におけるモータートルクに警報レベル％を乗算して
    モーター負荷の警報値を設定するステップから成り； 仕事率パラメーターをモニターするステップが、弁使用
    時におけるモーター駆動弁システムのモータートルクを
    モニターするステップから成り； 仕事率パラメーター値の変動を評価するステップが、モ
    ニター期間に亘りモータートルクの変動を評価するステ
    ップから成ることを特徴とする請求項１の方法。
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