JP3668169B2

JP3668169B2 - Control valve operation diagnosis device

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Publication number: JP3668169B2
Application number: JP2001282197A
Authority: JP
Inventors: 晴夫伊藤; 博安東
Original assignee: Japan Atomic Power Co Ltd; ABB KK
Current assignee: Japan Atomic Power Co Ltd; ABB KK
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003090457A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば流体の流れを制御するのに好適に用いられる制御弁の作動診断装置に関し、特に、運転途中においても制御弁の故障診断を行い得るようにした制御弁の作動診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、火力発電所、原子力発電所等においては、複数の制御弁を用いて作動流体（例えば、蒸気または高温の水等）の流量制御を行うと共に、その圧力制御等も行う構成としている。
【０００３】
そして、この種の従来技術による制御弁は、制御対象となった作動流体の流入口、流出口を有し該流入口、流出口間には弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に摺動可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口、流出口間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ指令信号に従って該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する駆動力伝達手段と、前記弁体の開度を指令する指令信号を前記弁駆動手段に対して出力する指令手段と、前記弁体の開度を検出する開度検出手段等とを備えている。
【０００４】
この場合、前記弁駆動手段は、例えば弁体を常時閉弁方向に向けて付勢するスプリングと、外部から供給される空気等の気体圧により前記弁体を該スプリングの付勢力に抗して開弁方向に駆動するアクチュエータとからなり、このアクチュエータは、指令手段から出力される指令信号に対応した空気圧等が供給されることにより、この空気圧に応じて増減される駆動力を発生する。
【０００５】
そして、前記弁体を全閉するための指令信号が出力されるときには、アクチュエータに供給される空気圧は最小の圧力となるために、弁体はスプリングによって閉弁位置へと付勢され、全閉状態に保持される。また、弁体を全開するための指令信号が出力されるときには、アクチュエータに供給される空気圧は最大の圧力となるため、アクチュエータはスプリングの付勢力に抗して弁体を開弁方向に駆動し、これによって弁体は全開位置まで移動される。
【０００６】
一方、前記弁体の開度を中間開度に設定するための指令信号が出力されるときには、アクチュエータに供給される空気圧は指令信号に対応した中間の圧力となるために、このときの空気圧に応じた駆動力でアクチュエータは弁体をスプリングに抗して駆動し、これによって弁体は、前記空気圧による開弁方向の力とスプリングの付勢力（閉弁方向の力）とがバランスした中間の開度位置へと移動されるものである。
【０００７】
また、開度検出手段は、前記弁体の開度（全閉状態を含む）を逐次検出し、前記指令手段による指令信号に対応した開度をもって弁体の開，閉弁制御が行われているか否かを判別できるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術にあっては、弁体の開度が指令手段による指令信号に対応した開度となっているか否かを、例えば弁ハウジング等に設けた開度検出手段により検出しているに過ぎないため、制御弁の作動診断（故障診断）を運転途中で行うのが難しいという問題がある。
【０００９】
即ち、弁ハウジング内に摺動可能に設けた弁体は、制御弁の作動に従って開，閉を繰返すうちに弁体の摺動面等が徐々に摩耗、損傷され、カジリ等が発生することがある。しかし、このような状態でも損傷箇所が小さい間は、指令信号に従って弁体の開，閉弁制御が行われるため、開度検出手段を用いただけでは弁体のカジリ等を早期に検出できないという問題がある。
【００１０】
また、弁体の閉弁時に弁座との間に微小な異物等を噛込んだ場合にも、開度検出手段からの開度信号だけでは異物の噛込みを検出することが難しく、弁体の締切り（閉弁状態）不良を早期に発見できないという問題がある。
【００１１】
また、弁ハウジングと弁軸との間に設けるシール部材についてもシール不良が発生すると、弁ハウジング内を流れる流体が外部に漏洩する等の虞れがある。しかし、このようなシール不良も開度検出手段を用いるだけでは発見することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、弁体や弁軸に働く軸方向の荷重等を検出することにより、制御弁の監視診断等を運転途中で行うことができ、弁体のカジリ、異物噛込み、シール不良等を早期に判別できるようにした制御弁の作動診断装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成は、流体の流入口と流出口を有し、該流入口と流出口との間には弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に摺動可能に設けられ、前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ、指令信号に従って該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ、該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する駆動力伝達手段と、前記弁体の開度を指令する指令信号を前記弁駆動手段に対して出力する指令手段と、前記駆動力伝達手段に設けられ、前記駆動力伝達手段に付加される荷重を検出する荷重検出手段とを備え、前記指令手段による指令信号および前記荷重検出手段による荷重検出信号に従って前記弁体の動きが正常であるか否かを診断する構成とし、かつ前記荷重検出手段は、前記弁ハウジングの流入口から流出口に流れる流体の流れが正常であるか否かを判別するため、前記弁体を予め決められた開度に保持した状態で前記弁ハウジング内を流れる流体の圧力変動を検出する構成としている。
【００１４】
このように構成することにより、指令手段からの指令信号に従って弁体の開度を可変に制御している間に、駆動力伝達手段に付加される荷重を荷重検出手段によって検出でき、このときの荷重検出信号を指令信号、開度検出信号と比較することにより弁体の動きが正常であるか異常であるかを早期に判別することができる。また、弁体を予め決められた開度に保持した状態で弁ハウジングの流入口から流出口に向けて流れる流体の圧力変動を、荷重検出手段を用いて検出する構成としているので、荷重検出手段から出力される荷重検出信号の波形により、弁ハウジング内を流れる流体の流れが円滑であるか、圧力変動等が生じているか否かを判別することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明が採用する構成は、流体の流入口と流出口を有し、該流入口と流出口との間には弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に変位可能に設けられ、前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ、指令信号に従って該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁駆動手段と、該弁駆動手段と弁体との間に設けられ、該弁駆動手段による駆動力を前記弁体に伝達する駆動力伝達手段と、前記弁体の開度を指令する指令信号を前記弁駆動手段に対して出力する指令手段と、前記駆動力伝達手段に設けられ、前記駆動力伝達手段に付加される荷重を検出する荷重検出手段と、前記弁体の開度を検出する開度検出手段と、該開度検出手段から出力される開度検出信号、前記荷重検出手段からの荷重検出信号および前記指令手段からの指令信号がそれぞれ入力されるコントロールユニットとを備え、該コントロールユニットは、前記指令手段による指令信号、前記開度検出手段による開度検出信号および前記荷重検出手段による荷重検出信号に従って前記弁体の動きが正常であるか否かを判別し、かつ前記コントロールユニットは、前記開度検出手段からの開度検出信号により前記弁体を予め決められた開度に保持した状態で、前記弁ハウジングの流入口から流出口に流れる流体の圧力変動を前記荷重検出手段で検出することにより、前記弁ハウジング内を流れる流体の流れが正常であるか否かを判別する構成としたことにある。
【００１６】
このように構成することにより、コントロールユニットは荷重検出信号と指令信号、開度検出信号とを比較しつつ、弁体の動きが正常であるか異常であるかを自動的に判別することができる。また、コントロールユニットは、弁体を予め決められた開度に保持した状態で弁ハウジングの流入口から流出口に向けて流れる流体の圧力変動を、荷重検出手段から出力される荷重検出信号の波形により検出でき、弁ハウジング内を流れる流体の流れが円滑であるか、圧力変動等が生じているか否かを判別することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による制御弁の作動診断装置を添付図面の図１ないし図１１に従って詳細に説明する。
【００２６】
図中、１は本実施の形態で採用した制御弁を示し、該制御弁１は、後述の弁ハウジング２、弁体７、駆動機構８、弁軸２２およびグランドパッキン２３等により構成されている。
【００２７】
２は制御弁１の外殻を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング２は、制御対象となる流体の流路途中に配設される弁箱３と、後述の弁体ガイド４および支持フレーム５とから大略構成され、弁箱３内には制御対象の流体として高温の給水等が流通するものである。
【００２８】
そして、弁箱３は、前記給水の流入口３Ａおよび流出口３Ｂと、該流入口３Ａと流出口３Ｂとの間に位置し後述の弁体ガイド４が嵌合される貫通穴３Ｃが穿設された仕切壁部３Ｄと、該仕切壁部３Ｄの貫通穴３Ｃと上，下で対向し貫通穴３Ｃよりも大径に形成された筒状開口部３Ｅとを有している。
【００２９】
４は弁箱３内に設けられた筒状の弁体ガイドで、該弁体ガイド４は、筒状開口部３Ｅ側から弁箱３内に挿入される。そして、弁体ガイド４は、その一端側が貫通穴３Ｃに嵌合され、他端側が後述の蓋部５Ａに嵌合することにより弁箱３内に位置決めされている。また、弁体ガイド４の内周面は後述する弁体７用の摺動面４Ａとなり、該摺動面４Ａの下端側には弁体７が離着座する環状の弁座４Ｂが一体形成されている。
【００３０】
また、弁体ガイド４には、弁座４Ｂよりも僅かに上側となる位置に径方向の流通穴４Ｃ，４Ｃが穿設されている。そして、これらの流通穴４Ｃは弁体７により開，閉され、これによって弁箱３は流入口３Ａと流出口３Ｂとの間が連通，遮断されるものである。
【００３１】
５は弁箱３の筒状開口部３Ｅに設けられた支持フレームで、該支持フレーム５の一端側は、筒状開口部３Ｅを上側から閉塞する蓋部５Ａとなり、該蓋部５Ａの中心側には後述の弁軸２２が挿通される挿通穴５Ｂが穿設されている。また、支持フレーム５の他端側には、後述のダイヤフラム１３を下側から支持する支持板６がボルト等の手段を用いて取付けられている。
【００３２】
また、支持フレーム５の他端側には、支持板６よりも下側に位置してガイド部５Ｃ，５Ｃ，…が設けられ、該各ガイド部５Ｃは、後述の可動シェル１２を矢示Ａ，Ｂ方向に移動可能（上，下動可能）にガイドするものである。
【００３３】
７は弁体ガイド４内に摺動可能に挿嵌された弁体で、該弁体７は、図２に示すように有蓋筒状体として形成され、その一端側は前記弁座４Ｂに離着座することにより弁体ガイド４の各流通穴４Ｃを介して弁箱３の流入口３Ａと流出口３Ｂとの間を連通，遮断するものである。
【００３４】
また、弁体７には圧力逃がし穴７Ａ，７Ａ，…が穿設され、これらの圧力逃がし穴７Ａは、弁体ガイド４と弁体７との間で圧力差が発生するのを防止し、弁体７が滑らかに開，閉弁動作するのを補償するものである。
【００３５】
８は弁体７から離間して支持フレーム５の他端側に設けられた弁駆動手段としての駆動機構で、該駆動機構８は、後述のばね受１８と支持板６との間に配設され、弁体７を常時閉弁方向に付勢したスプリング９と、後述する空気圧作動式のアクチュエータ１０と、図３に示す後述のポジショナ２７等とにより構成されている。
【００３６】
１０は弁体７をスプリング９に抗して開弁方向に駆動する空気圧作動式のアクチュエータで、該アクチュエータ１０は、上，下の可動シェル１１，１２と、外周側が該可動シェル１１，１２間に挟持して設けられた可動隔壁としてのダイヤフラム１３とからなり、該ダイヤフラム１３は上側の可動シェル１１との間に圧力室１４を画成している。
【００３７】
ここで、可動シェル１１，１２は、支持フレーム５上の支持板６をダイヤフラム１３と共に上，下方向から取囲むように配設されている。そして、ダイヤフラム１３は、その中央部側が支持板６に固着され、該支持板６によって背面側から補強（バックアップ）されている。
【００３８】
また、下側の可動シェル１２には、支持フレーム５の各ガイド部５Ｃが挿通される複数の挿通穴１２Ａ，１２Ａ，…が設けられ、これらの挿通穴１２Ａにより可動シェル１２は、支持フレーム５に対し各ガイド部５Ｃに沿って上，下動可能に取付けられている。そして、可動シェル１２は、その内周側端部が後述するヨーク１６の外周側に固着され、このヨーク１６と一体に矢示Ａ，Ｂ方向に移動（上，下動）するものである。
【００３９】
１５は上側の可動シェル１１に設けられた気体圧の給排口で、該給排口１５には後述の操作空気圧配管３８が接続され、これによってアクチュエータ１０の圧力室１４内には気体圧としての空気圧が給排される。そして、圧力室１４内の空気圧が最小の圧力になっている間は、スプリング９により可動シェル１１，１２およびヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、これによって弁体７は図１に示す如く閉弁状態に保持される。
【００４０】
一方、アクチュエータ１０は、給排口１５から圧力室１４内に操作空気圧が供給され、この空気圧が増加するに応じて圧力室１４内の容積を増大させる。そして、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２はヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動され、これによって弁体７は図２に示す如く弁開度が増大されるものである。
【００４１】
１６は支持フレーム５内に上，下動可能に設けられた可動枠としてのヨークを示し、該ヨーク１６は有底枠状体として形成され、スプリング９を径方向外側から覆う構成となっている。また、ヨーク１６の底部１６Ａ側には、後述の軸力センサ２５が弁軸２２と共に取付けられ、ヨーク１６は弁軸２２と共に駆動力伝達手段を構成するものである。
【００４２】
１７はヨーク１６の底部１６Ａに設けられた固定ボルト、１８は該固定ボルト１７に緩止めナット１９と一緒に螺合されたばね受で、該ばね受１８は、固定ボルト１７に対する螺合位置を緩止めナット１９と共に変えることにより、スプリング９の付勢力を可変に調節するものである。
【００４３】
２０，２１は支持フレーム５，ヨーク１６に設けられた工具挿入穴で、該工具挿入穴２０，２１には、固定ボルト１７に対するばね受１８および緩止めナット１９の螺合位置を変えるときに、例えばスパナ、レンチ等の工具が挿入されるものである。
【００４４】
２２はヨーク１６と共に駆動力伝達手段を構成する弁軸で、該弁軸２２は、図２に示すように支持フレーム５（蓋部５Ａ）の挿通穴５Ｂ内に上，下動（軸方向に摺動可能）に挿嵌され、その下端側は弁体ガイド４内で弁体７に連結されている。また、弁軸２２の上端側は後述の軸力センサ２５を介してヨーク１６の底部１６Ａに連結されている。そして、弁軸２２はヨーク１６の動きを弁体７に伝達し、弁体７を上，下に開，閉弁させるものである。
【００４５】
２３は支持フレーム５の蓋部５Ａと弁軸２２との間を封止するシール部材としてのグランドパッキンで、該グランドパッキン２３は、蓋部５Ａの挿通穴５Ｂ内に装着され、弁軸２２の外周面に締め代をもって摺接している。また、支持フレーム５の蓋部５Ａには、グランドパッキン２３を抜止め状態に保持するグランド押え２４が着脱可能に取付けられている。
【００４６】
２５はヨーク１６の底部１６Ａと弁軸２２との間に設けられた荷重検出手段としての軸力センサで、該軸力センサ２５は、例えばロードセル、歪みゲージ等を用いて構成され、弁軸２２に付加される荷重（例えば、軸方向の引張り力と圧縮力）を図６ないし図１１に示すように検出するものである。
【００４７】
２６は弁体７の開度を検出する開度検出手段としての開度センサで、該開度センサ２６は、例えば光学式変位センサ等を用いて構成され、弁体７と一体に変位するヨーク１６または可動シェル１１，１２の動きを、支持フレーム５または支持板６（ダイヤフラム１３）に対する相対変位量として検出するものである。なお、図１中では開度センサ２６を可動シェル１１に設けた場合を例示しているものである。
【００４８】
２７は制御弁１用のポジショナで、該ポジショナ２７は、図３に示すように弁ハウジング２の外側に設けられ、例えばパイロット配管２８、入力側の空気圧配管２９および出力側の空気圧配管３０が接続されている。そして、ポジショナ２７は、例えば空気圧縮機、空気タンク等の圧気源３１から減圧弁３２、入力側の空気圧配管２９を介して供給される圧縮空気の空気量を、パイロット配管２８からのパイロット圧に対応して増減させるように制御し、制御した空気圧を出力側の空気圧配管３０側に供給する。
【００４９】
これにより、ポジショナ２７は、弁体７の開度を後述する指令装置３４からの指令信号（パイロット配管２８からのパイロット圧）に従って図５に示す特性線３３の如く、例えば比例制御するものである。即ち、制御弁１の弁体７は、ポジショナ２７による空気圧の制御により図５に示す特性線３３の如く指令信号にほぼ比例して弁開度が可変に制御されるものである。
【００５０】
３４は弁体７の開度を指令する指令信号を出力する指令手段としての指令装置で、該指令装置３４は、例えば４〜２０ｍＡ（ミリアンペア）程度の範囲で電流値が可変に設定される指令信号を後述の電空変換器３５およびコントロールユニット４３等に出力するものである。
【００５１】
３５は指令装置３４からの指令信号をパイロット圧に変換する電空変換器を示し、該電空変換器３５は、圧気源３１から減圧弁３６を介して供給される低圧の空気圧をパイロット配管２８側にパイロット圧として供給し、このときのパイロット圧を指令信号の電流値等に比例して可変に調整するものである。なお、減圧弁３６の設定圧は、減圧弁３２によりも十分に低い（例えば、１／１０以下）圧力に設定されている。
【００５２】
３７は空気圧配管３０からの空気圧を増倍して操作空気圧配管３８側に供給するブースタリレーで、該ブースタリレー３７は、空気圧配管３０からの空気圧を増倍するために分岐配管３９に接続され、該分岐配管３９は空気圧配管２９からの空気圧をブースタリレー３７に補給するものである。
【００５３】
そして、制御弁１の駆動機構８は、操作空気圧配管３８、給排口１５を介してブースタリレー３７側からの増倍された操作空気圧が、図１に示す圧力室１４内へと供給され、圧力室１４が拡縮されることによりヨーク１６、弁軸２２および弁体７を矢示Ａ，Ｂ方向に駆動するものである。
【００５４】
４０，４１，４２はそれぞれ圧力センサを示し、該圧力センサ４０〜４２のうち圧力センサ４０は操作空気圧配管３８内の圧力を検出し、圧力センサ４１は空気圧配管３０内の圧力を検出し、圧力センサ４２はパイロット配管２８内のパイロット圧を検出するものである。
【００５５】
４３はマイクロコンピュータ等によって構成されたコントロールユニットで、該コントロールユニット４３は、図４に示す如く入力側に軸力センサ２５、開度センサ２６、圧力センサ４０，４１，４２および指令装置３４等が接続され、出力側には、ディスプレイ等の表示器４４、印字機としてのプリンタ４５および報知装置４６等が接続されている。
【００５６】
ここで、コントロールユニット４３は、指令装置３４から出力される指令信号と、開度センサ２６から出力される弁体７の開度信号と、軸力センサ２５から出力される軸力信号とを図６ないし図１１に示すように表示器４４を用いて表示させると共に、これらを必要に応じてプリンタ４５により印字させる。
【００５７】
また、コントロールユニット４３は、後述の如く軸力センサ２５、開度センサ２６および圧力センサ４０，４１，４２からの検出信号により制御弁１の作動状態が正常であるか、異常であるかを判定（故障診断）し、異常と判定したときには、これを警報ランプ、警報ブザーまたは音声合成装置等からなる報知装置４６を用いて報知するものである。なお、このときの診断結果は、表示器４４の画面上でも表示できるものである。
【００５８】
本実施の形態による制御弁１の作動診断装置は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００５９】
まず、指令装置３４から出力される指令信号が、図５に示す信号値Ｓa 以下のときには、図３に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、例えば大気圧程度の低圧状態におかれる。
【００６０】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧に近い低い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７を介した操作空気圧配管３８内の圧力もほぼ大気圧状態に設定される。これにより、駆動機構８のアクチュエータ１０は、圧力室１４内の空気圧が大気圧に近い最小の圧力状態に保持される。
【００６１】
このため、駆動機構８はスプリング９により可動シェル１１，１２およびヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、このときの付勢力が軸力センサ２５、弁軸２２を介して弁体７へと伝達されることにより、弁体７は図１に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂに着座して閉弁状態に保持される。
【００６２】
次に、指令装置３４から出力される指令信号が、図５に示す信号値Ｓa より大きくなると、図３に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、指令信号に従って比例的に増大し、例えば大気圧よりも高い圧力状態に設定される。
【００６３】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧よりも高い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７は空気圧配管３０内の圧力に基づいて空気量を増倍させつつ、倍増した操作空気圧を操作空気圧配管３８、給排口１５を介してアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給する。
【００６４】
この結果、アクチュエータ１０は、給排口１５から供給される空気圧に応じて圧力室１４内の容積を増大させ、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２をヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動する。そして、この矢示Ｂ方向の駆動力（押動力）は軸力センサ２５、弁軸２２を介して弁体７へと伝達される。
【００６５】
これによって、弁体７は図２に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂから離座して開度が増大される。そして、弁体７が開弁した状態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れ、弁体７の開度に応じて給水の流量が制御される。
【００６６】
また、弁体７の開度は、図５に示す特性線３３に沿って増減するように制御され、指令信号の信号値がＳm まで増大したときには、弁体７が全開状態におかれるものである。
【００６７】
この場合、制御弁１には開度センサ２６が設けられ、該開度センサ２６により弁体７の開度が、指令装置３４からの指令信号にほぼ比例して制御されているか否かを判別することはできる。
【００６８】
また、パイロット配管２８内のパイロット圧が指令信号にほぼ比例して制御されているか否かについても、パイロット配管２８の途中に設けた圧力センサ４２により検出することができる。
【００６９】
さらに、空気圧配管３０内の圧力についても圧力センサ４１で検出でき、操作空気圧配管３８内の圧力についても同様に圧力センサ４０で検出できるので、空気圧配管３０、操作空気圧配管３８内の圧力が前記指令信号およびパイロット圧に対応して制御されているか否かを判別することはできる。
【００７０】
しかし、このような開度センサ２６、圧力センサ４０〜４２による検出信号だけでは、例えば制御弁１の作動診断（故障診断）を運転途中で行い、故障箇所等を早期に発見するのは難しいのが実状である。
【００７１】
即ち、筒状の弁体ガイド４内に摺動可能に設けた弁体７は、制御弁１の作動に従って開，閉を繰返すうちに、弁体ガイド４の摺動面４Ａと弁体７との間が徐々に摩耗、損傷され、カジリ等が発生することがある。しかし、このような状態でも損傷箇所が小さい間は、前記指令信号に従って弁体７の開，閉弁制御が行われるため、弁体７のカジリ等を早期に検出できない。
【００７２】
そこで、本実施の形態では、ヨーク１６の底部１６Ａと弁軸２２との間に荷重検出手段としての軸力センサ２５を設け、該軸力センサ２５により弁軸２２の軸方向に付加される引張り力または圧縮力を、図６ないし図１１に示すように検出する構成としている。
【００７３】
そして、図６に示す特性線５１のように、指令装置３４から出力される指令信号を最小の信号値Ｓa と最大の信号値Ｓm との間でゆっくりと漸次増大させた場合に、開度センサ２６から出力される開度検出信号は、図６中の特性線５２の如くゆっくりと指令信号にほぼ対応して増大し、弁体７の開度が漸次大きくなっていることが確認された。
【００７４】
また、このときに弁体７は、弁軸２２およびヨーク１６共に図２に示す如く矢示Ｂ方向に持上げられ、軸力センサ２５には、弁体ガイド４の摺動面４Ａと弁体７との間に働く摺動抵抗により引張り方向の軸力（スラスト力）が作用する。このため、軸力センサ２５から出力される軸力検出信号は、図６中の特性線５３の如く引張り方向（正の方向）でほぼ一定の出力値となって検出される。
【００７５】
しかし、弁体７の摺動面に摩耗、損傷等によるカジリが発生した場合には、図６中に例示した時間ｔx の如く軸力検出信号が一時的に増大し、弁体ガイド４と弁体７との間に働く摺動抵抗が部分的に大きくなっていることを検出できる。
【００７６】
また、カジリ等が発生していない場合には、図６中に一点鎖線で示す特性線５４のように軸力検出信号は、特性線５３と同様にほぼ一定の出力値を保つことになる。このように、軸力センサ２５を用いることにより、弁体７と弁体ガイド４との間に摩耗、損傷等によるカジリが発生しているか否かを早期に検出することができる。
【００７７】
次に、図７に示す特性線６１のように、指令装置３４から出力される指令信号を時間ｔa1で、最小の信号値Ｓa と最大の信号値Ｓm との間の任意の信号値Ｓi （Ｓa ＜Ｓi ＜Ｓm ）から最小の信号値Ｓa まで低下させた場合に、弁体７は僅かな時間遅れをもって全閉側へとスプリング９により駆動される。
【００７８】
このため、開度センサ２６から出力される開度検出信号は、図７中の特性線６２の如く時間ｔa1から僅かに遅れて時間ｔa2〜ｔa3で全閉方向に変化する。この場合、弁体７が閉弁時に弁座４Ｂとの間で異物を噛込んだりしないときには、図７中に一点鎖線で示す特性線６３のように、開度検出信号は全閉位置まで完全に動くことになる。
【００７９】
しかし、このときの異物が非常に小さい場合には、特性線６２，６３間にほとんど差が生じないために、開度センサ２６から出力される開度検出信号によって異物噛込みの有無を判別することは難しいことが多い。
【００８０】
これに対し、軸力センサ２５から出力される軸力検出信号は、図７中の特性線６４の如く弁体７が閉弁方向に動き始める時間ｔa2〜ｔa3で、弁体ガイド４の摺動面４Ａと弁体７との間に働く静摩擦力ｆ1 の影響を受けて引張り方向（正の方向）から圧縮方向（負の方向）へと大きく変化し、その後は動摩擦力ｆ2 の影響を受けて圧縮方向の軸力を出力する。
【００８１】
そして、時間ｔa3に達すると、弁体７は弁座４Ｂとの間で異物を噛込むことにより、圧縮方向の力ｆ3 （異物噛込み力）を出力することになる。これにより、弁体７が閉弁時に弁座４Ｂとの間で異物等を噛込んでいるか否かを、例えば圧縮方向の力ｆ3 として検出でき、弁体７の締切り（閉弁状態）不良を早期に判別することができる。
【００８２】
この場合、開度センサ２６からの開度検出信号（特性線６２）が、時間ｔa3以降はほぼ一定の値となって弁体７の閉弁を検出しているのに、軸力センサ２５からの軸力検出信号は、圧縮方向の力ｆ3 を検出しているので、小さな異物であっても、異物噛込みの有無を確実に判別することができる。
【００８３】
次に、図８に示す特性線７１のように、指令装置３４から出力される指令信号を時間ｔb1で、最小の信号値Ｓa と最大の信号値Ｓm との間の任意の信号値Ｓj （Ｓa ＜Ｓj ＜Ｓm ）から最小の信号値Ｓa まで低下させた場合にも、弁体７は僅かな時間遅れをもって全閉側へとスプリング９により駆動される。
【００８４】
そして、弁体７と一体に閉弁方向（図２中の矢示Ａ方向）に変位する弁軸２２には、グランドパッキン２３によって摺動抵抗が付加され、グランドパッキン２３の締め代（摩擦力）の大，小により弁体７が全閉するまでの時間Ｔ1 ，Ｔ2 (Ｔ1 ＜Ｔ2 ）に時間差が生じることになる。
【００８５】
このため、開度センサ２６から出力される開度検出信号は、図８中に実線で示す特性線７２の如くグランドパッキン２３の摩擦力が小さい場合には、全閉するまでの時間Ｔ1 が短く、グランドパッキン２３の摩擦力が大きくなると、図８中に一点鎖線で示す特性線７３のように全閉するまでの時間Ｔ2 が長くなる。
【００８６】
しかし、このような開度検出信号による時間Ｔ1 ，Ｔ2 を比較するだけでは、グランドパッキン２３によるシール性（漏洩の有無）を判別することは難しく、弁体７の閉止力（弁座４Ｂに対する締切り力）が規定範囲に設定されているか否かを判別することは難しい。
【００８７】
これに対し、軸力センサ２５から出力される軸力検出信号は、図８中に実線で示す特性線７４の如く時間ｔb1を過ぎて弁体７が閉弁方向に動き始めたときに、グランドパッキン２３による動摩擦抵抗としての摩擦力Ｆ1 を直接的に検出して出力することができ、弁体７が全閉位置に達したときには、弁閉止力Ｆ2 を直接的に出力することができる。
【００８８】
また、グランドパッキン２３が硬化した等の理由で締め代が過大となったときには、図８中に一点鎖線で示す特性線７５のようにグランドパッキン２３の摩擦力Ｆ3 を軸力検出信号により出力することができ、弁閉止力Ｆ4 も直接的に検出することができる。
【００８９】
そして、摩擦力Ｆ1 が基準値よりも小さくなった場合には、グランドパッキン２３の締め代が小さくなってシール性が低下し、弁軸２２とグランドパッキン２３との間から流体漏れ（弁箱３内を流れる給水の漏洩）が生じる可能性があるので、漏洩の発生を早期に診断してグランドパッキン２３の交換時期を、例えば報知装置４６等を用いて報知することができる。
【００９０】
また、弁閉止力Ｆ2 が予め決められた閉止力の範囲にあるか否かを判別することにより、スプリング９の付勢力が正規のばね力に設定されているか否かを判定できる。
【００９１】
そして、スプリング９の付勢力を調節する場合には、図１に示す工具挿入穴２０，２１から工具を挿入し、固定ボルト１７に対するばね受１８および緩止めナット１９の螺合位置を変えることにより、付勢力の調節作業を容易に行うことができる。
【００９２】
一方、特性線７５による摩擦力Ｆ3 が過大であると判別した場合にも、グランドパッキン２３が経時劣化等の理由で硬化している場合であるので、例えば図４に示す表示器４４、報知装置４６等を用いてグランドパッキン２３の交換時期を報知することができる。
【００９３】
また、弁閉止力Ｆ4 が過小になっていると判別されたときには、閉弁状態にある弁体７と弁座４Ｂとの間で流体の漏洩が発生する虞れがあり、弁座４Ｂに対する弁体７の締切り力が小さくなっているので、この場合にも前述の如くスプリング９の付勢力を調節する作業を早期に行うべきことを報知することができる。
【００９４】
次に、図９に示す特性線８１のように、指令装置３４から出力される指令信号を時間ｔc1で、最小の信号値Ｓa と最大の信号値Ｓm との間の任意の信号値Ｓk2から信号値Ｓk1（Ｓa ＜Ｓk1＜Ｓk2＜Ｓm ）まで低下させた場合には、弁体７が僅かな時間遅れをもって閉弁方向に駆動され、スプリング９の付勢力と圧力室１４内の空気圧とがバランスした中間の開度位置で弁体７は停止する。
【００９５】
そして、開度センサ２６から出力される開度検出信号は、図９中に一点鎖線で示す特性線８２のように本来は中間の開度位置でほぼ一定に保たれるはずである。しかし、グランドパッキン２３が硬化して弁軸２２に付加される摺動抵抗（摩擦力）が過大になったときには、図９中に実線で示す特性線８３の如く開度検出信号が長い周期で振動し、弁体７は中間の開度付近でゆっくりと上，下動を続けることがある。
【００９６】
また、図３に示すポジショナ２７、ブースタリレー３７等の異常で、駆動機構８の圧力室１４内に給排される空気圧が過剰（鋭敏）に反転されるような場合には、図９中に二点鎖線で示す特性線８４の如く開度検出信号が短い周期で振動し、弁体７は中間の開度付近で頻繁に上，下動を繰返すことになる。
【００９７】
そして、このような場合に開度センサ２６からの軸力検出信号は、図９中に実線で示す特性線８５に沿って長い周期で振動するときに、グランドパッキン２３の硬化によって摺動抵抗が過大になっていることを検出して出力できる。また、軸力検出信号が二点鎖線で示す特性線８６のように短い周囲で振動するときには、図３に示すポジショナ２７、ブースタリレー３７等が正常に動作していないことを早期に判別できる。
【００９８】
次に、図１０に示す特性線９１のように、指令装置３４から出力される指令信号を、サインカーブ（正弦波）を描くように変動させた場合には、開度検出信号も特性線９２のように中間の開度を上，下動するように変化し、指令信号にほぼ追従して変動する。
【００９９】
そして、このときに軸力検出信号も図１０中の特性線９３のように指令信号に追従して変動する。しかし、指令信号の変曲点に相当する時間ｔd1，ｔd2，ｔd3，ｔd4の近辺では、軸力検出信号に揺らぎ（山形状の小さな振動）が発生することがあった。
【０１００】
そこで、このような場合の操作空気圧（操作空気圧配管３８内の空気圧）の状態を調べてみると、ブースタリレー３７から操作空気圧配管３８側に供給する空気圧に供給不足が発生したり、例えば操作空気圧配管３８等に失陥が生じている場合であることが確認された。
【０１０１】
これにより、軸力検出信号を用いて操作空気圧配管３８側の操作空気圧不足等を早期に検出でき、このような場合にも軸力センサ２５からの検出信号により、操作空気圧の不足等に対する迅速な対策を施すことができる。
【０１０２】
次に、図１１に示す特性線１０１のように、指令装置３４から出力される指令信号を、最小の信号値Ｓa と最大の信号値Ｓm との間の任意の信号値Ｓl （Ｓa ＜Ｓl ＜Ｓm ）に保った状態では、弁体７の開度も信号値Ｓl に対応する中間の開度に保持され、開度検出信号は特性線１０２の如くほぼ一定に保たれる。
【０１０３】
そして、この場合に軸力検出信号も特性線１０３の如く出力される。しかし、例えば時間ｔe1，ｔe2等で軸力検出信号がピーク状に変化する場合には、弁体７が中間の開度にあるときに弁箱３内を流れる給水に衝撃的な圧力変動等が発生しているとして検出でき、例えば原子力発電所の主給水制御弁１を流れる給水の流れ状態が、正常であるか否かを判別することができる。
【０１０４】
即ち、図２に示すように弁体７が開弁したした状態で、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて給水が矢示Ｃ方向へと連続的に流れている場合に、給水の流れが円滑である間は弁体７、弁軸２２等に働く軸力は一定に保たれる。しかし、給水の流れが何らかの原因で変動し衝撃圧等が発生した場合には、弁体７、弁軸２２等に働く軸力が瞬間的に変化し、例えば特性線１０３で示すように、時間ｔe1，ｔe2等で軸力検出信号がピーク状に変化したものと推察することができる。
【０１０５】
従って、本実施の形態によれば、軸力センサ２５を用いて弁体７や弁軸２２に働く軸方向の引張り力、圧縮力等を検出することにより、制御弁１の監視、作動診断等を運転途中で行うことができ、弁体７のカジリ、異物噛込み、シール不良等を早期に判別することができる。
【０１０６】
また、弁軸２２に対するグランドパッキン２３の摺動抵抗を、図８に示す摩擦力Ｆ1 ，Ｆ3 等として検出でき、グランドパッキン２３が摩耗してシール性が低下しているか否か、またはグランドパッキン２３が硬化して摺動抵抗が増加し、スプリング９による弁体７の閉止力が低下しているか否か等を、制御弁１の作動途中で診断することができる。
【０１０７】
さらに、ポジショナ２７、ブースタリレー３７による操作空気圧の制御が正常であるか否か、弁箱３内を流れる給水の状態が正常であるか否か等を、早期に検出でき、異常発生時に速やか対処することができる。
【０１０８】
なお、前記実施の形態では、原子力発電所等で用いる制御弁１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば石油化学コンビナート、化学プラントまたは精油所で用いる制御弁等、種々の流体の流れを制御する制御弁に対しても適用でき、その作動途中で故障診断を早期に行うことができるものである。
【０１０９】
また、前記実施の形態では、スプリング９により弁体７を閉弁方向に付勢する形式の制御弁１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば空気圧等の気体圧を用いて弁体を閉弁方向に駆動し、弁体を開弁させるときには気体圧を下げてスプリングにより弁体を開弁方向に付勢する形式の制御弁に適用してもよい。
【０１１０】
また、前記実施の形態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れる制御弁１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図２に示す矢示Ｃ方向とは逆向きに流体が流れる構成としてもよいものである。
【０１１１】
さらに、前記実施の形態では、ばね受１８および緩止めナット１９等を用いてスプリング９の付勢力を可変に調節するものとして述べたが、必ずしもスプリングの付勢力を調節可能な構成とする必要はないものである。
【０１１２】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１に記載の発明によれば、弁体の開度を指令する指令信号を弁駆動手段に対して出力する指令手段と、駆動力伝達手段に付加される荷重を検出する荷重検出手段等とを備え、前記指令手段による指令信号および前記荷重検出手段による荷重検出信号に従って前記弁体の動きが正常であるか否かを診断する構成とし、かつ前記荷重検出手段は、弁ハウジングの流入口から流出口に流れる流体の流れが正常であるか否かを判別するため、前記弁体を予め決められた開度に保持した状態で前記弁ハウジング内を流れる流体の圧力変動を検出する構成としたので、指令手段からの指令信号に従って弁体の開度を可変に制御している間に、駆動力伝達手段に付加される荷重を荷重検出手段で検出でき、荷重検出信号を指令信号と比較することにより弁体の動きが正常であるか異常であるかを早期に診断して判別することができる。従って、弁体や弁軸等に働く軸方向の荷重等を検出することにより、制御弁の監視、作動診断等を運転途中で行うことができ、弁体のカジリ、異物噛込み、シール不良等を早期に判別することができる。しかも、弁体を予め決められた開度に保持した状態で荷重検出手段により弁ハウジング内を流れる流体の圧力変動を検出する構成としているので、荷重検出手段から出力される荷重検出信号の波形により、弁ハウジング内を流れる流体の流れが円滑であるか、圧力変動等が生じているか否かを判別でき、制御弁を作動したままで外部から流体の流れを監視し続けることができる。
【０１１３】
また、請求項２に記載の発明は、弁体の開度を検出する開度検出手段と、コントロールユニットとを備え、該コントロールユニットは、指令信号、開度検出信号および荷重検出信号に従って前記弁体の動きが正常であるか否かを判別する構成としているので、コントロールユニットを用いることにより、荷重検出信号と指令信号、開度検出信号とを比較しつつ、弁体の動きが正常であるか異常であるかを自動的に判別することができる。しかも、前記コントロールユニットは、前記開度検出手段からの開度検出信号により前記弁体を予め決められた開度に保持した状態で、前記弁ハウジングの流入口から流出口に流れる流体の圧力変動を前記荷重検出手段で検出することにより、前記弁ハウジング内を流れる流体の流れが正常であるか否かを判別する構成としているので、荷重検出手段から出力される荷重検出信号の波形により、弁ハウジング内を流れる流体の流れが円滑であるか、圧力変動等が生じているか否かを判別でき、制御弁を作動したままで外部から流体の流れを監視し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による作動診断装置が設けられた制御弁の閉弁状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の制御弁を開弁状態で示す要部拡大断面図である。
【図３】図１に示す制御弁の制御回路図である。
【図４】制御弁の作動診断装置を示す制御ブロック図である。
【図５】指令信号と制御弁の弁開度との関係を示す特性線図である。
【図６】弁体にカジリが発生した状態での指令信号、開度検出信号および軸力検出信号をそれぞれ示す特性線図である。
【図７】異物の噛込みが発生した状態での指令信号、開度検出信号および軸力検出信号をそれぞれ示す特性線図である。
【図８】グランドパッキンによる摩擦力が変化した状態での指令信号、開度検出信号および軸力検出信号をそれぞれ示す特性線図である。
【図９】グランドパッキンの硬化または操作空気圧が変動する状態での指令信号、開度検出信号および軸力検出信号をそれぞれ示す特性線図である。
【図１０】操作空気圧が不足した状態での指令信号、開度検出信号および軸力検出信号をそれぞれ示す特性線図である。
【図１１】制御弁内を流れる給水の圧力が変動した状態での指令信号、開度検出信号および軸力検出信号をそれぞれ示す特性線図である。
【符号の説明】
１制御弁
２弁ハウジング
３弁箱
４弁体ガイド
４Ａ摺動面
４Ｂ弁座
５支持フレーム
６支持板
７弁体
８駆動機構（弁駆動手段）
９スプリング
１０アクチュエータ
１１，１２可動シェル
１３ダイヤフラム
１４圧力室
１６ヨーク
２２弁軸（駆動力伝達手段）
２３グランドパッキン（シール部材）
２５軸力センサ（荷重検出手段）
２６開度センサ（開度検出手段）
２７ポジショナ
２８パイロット配管
２９，３０空気圧配管
３１圧気源
３２，３６減圧弁
３４指令装置（指令手段）
３５電空変換器
３７ブースタリレー
３８操作空気圧配管
４０，４１，４２圧力センサ
４３コントロールユニット
４４表示器
４６報知装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control valve operation diagnostic apparatus suitably used for controlling, for example, a fluid flow, and more particularly to a control valve operation diagnostic apparatus that can perform a control valve failure diagnosis even during operation.
[0002]
[Prior art]
For example, thermal power plants, nuclear power plants, and the like are configured to control the flow rate of a working fluid (for example, steam or high-temperature water) using a plurality of control valves and also control the pressure thereof.
[0003]
A control valve according to this type of prior art includes a valve housing having an inlet and an outlet for a working fluid to be controlled, a valve seat provided between the inlet and the outlet, and the valve housing. A valve body that is slidably provided in the valve seat and communicates with and shuts off the inlet and outlet by being separated from and seated on the valve seat, and is provided in the valve housing away from the valve body according to a command signal Valve driving means for opening and closing the valve body, and driving force transmitting means provided between the valve driving means and the valve body for transmitting a driving force by the valve driving means to the valve body; Command means for outputting a command signal for instructing the opening degree of the valve body to the valve driving means, and an opening degree detecting means for detecting the opening degree of the valve body.
[0004]
In this case, the valve driving means, for example, a spring that normally biases the valve body in the valve closing direction, and a gas pressure such as air supplied from the outside against the biasing force of the spring. The actuator is driven in the valve opening direction, and this actuator generates a driving force that is increased or decreased according to the air pressure when supplied with the air pressure corresponding to the command signal output from the command means.
[0005]
When a command signal for fully closing the valve body is output, since the air pressure supplied to the actuator becomes the minimum pressure, the valve body is urged to the valve closing position by the spring, and the valve is fully closed. Kept in a state. Further, when a command signal for fully opening the valve body is output, the air pressure supplied to the actuator becomes the maximum pressure, so the actuator drives the valve body in the valve opening direction against the biasing force of the spring. Thereby, the valve body is moved to the fully open position.
[0006]
On the other hand, when a command signal for setting the opening of the valve body to an intermediate opening is output, the air pressure supplied to the actuator becomes an intermediate pressure corresponding to the command signal. With the corresponding driving force, the actuator drives the valve body against the spring, so that the valve body has an intermediate force that balances the force in the valve opening direction by the air pressure and the biasing force of the spring (force in the valve closing direction). It is moved to the opening position.
[0007]
The opening degree detecting means sequentially detects the opening degree (including the fully closed state) of the valve body, and the opening and closing control of the valve body is performed with the opening degree corresponding to the command signal by the command means. It is possible to determine whether or not there is.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described prior art, whether or not the opening degree of the valve body is an opening degree corresponding to the command signal by the command means is detected by, for example, an opening degree detection means provided in the valve housing or the like. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform operation diagnosis (failure diagnosis) of the control valve during operation.
[0009]
In other words, the valve body slidably provided in the valve housing may gradually wear and damage the sliding surface of the valve body as it is repeatedly opened and closed according to the operation of the control valve. is there. However, even in such a state, as long as the damaged part is small, the valve body is controlled to open and close according to the command signal. There is.
[0010]
In addition, even when a minute foreign object or the like is caught between the valve seat and the valve body when the valve body is closed, it is difficult to detect the entry of the foreign object only by the opening signal from the opening detection means. There is a problem that a deadline (valve closed state) failure cannot be detected at an early stage.
[0011]
In addition, when a sealing failure occurs with respect to the seal member provided between the valve housing and the valve shaft, there is a possibility that the fluid flowing in the valve housing leaks to the outside. However, there is a problem that such a sealing failure cannot be found only by using the opening degree detecting means.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to detect a control valve monitoring diagnosis and the like during operation by detecting an axial load or the like acting on a valve body or a valve shaft. It is an object of the present invention to provide a control valve operation diagnosis device that can be performed and can quickly discriminate a valve element, foreign object biting, sealing failure, and the like.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problem, the structure adopted by the invention of claim 1 is a valve housing having a fluid inlet and an outlet and a valve seat provided between the inlet and the outlet. And a valve body that is slidably provided in the valve housing and communicates and blocks between the inflow port and the outflow port by being separated and seated on the valve seat, and separated from the valve body, and A valve drive means provided in the valve housing for opening and closing the valve body in accordance with a command signal; and provided between the valve drive means and the valve body; A driving force transmitting means for transmitting to the body; a command means for outputting a command signal for commanding an opening degree of the valve body to the valve driving means; and the driving force transmitting means. Load detecting means for detecting an applied load, and a command signal from the command means. And movement of the valve body is configured to diagnose whether or not normal according to the load detection signal from the load detecting meansAnd the load detection means determines whether the flow of fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing is normal or not, while holding the valve body at a predetermined opening degree. It is configured to detect pressure fluctuations in the fluid flowing in the valve housing.ing.
[0014]
  With this configuration, the load applied to the driving force transmission means can be detected by the load detection means while the opening degree of the valve body is variably controlled according to the command signal from the command means. By comparing the load detection signal with the command signal and the opening detection signal, it is possible to determine at an early stage whether the movement of the valve body is normal or abnormal.In addition, the load detecting means detects the pressure fluctuation of the fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing with the valve body held at a predetermined opening degree. From the waveform of the load detection signal output from, it is possible to determine whether the flow of fluid flowing through the valve housing is smooth or whether a pressure fluctuation or the like has occurred.
[0015]
  The invention of claim 2Has a fluid inlet and outlet, a valve housing provided with a valve seat between the inlet and outlet, a valve housing provided in a displaceable manner in the valve housing, A valve body that communicates and blocks between the inflow port and the outflow port by being separated from and seated on the valve seat, and is provided in the valve housing apart from the valve body, and opens the valve body in accordance with a command signal; A valve driving means for driving in the valve closing direction; a driving force transmitting means provided between the valve driving means and the valve body; for transmitting a driving force by the valve driving means to the valve body; and for opening the valve body. Command means for outputting a command signal to command the degree to the valve drive means, load detection means provided in the drive force transmission means for detecting a load applied to the drive force transmission means, andAn opening degree detection means for detecting the opening degree of the valve body, and an opening degree detection signal output from the opening degree detection means;SaidLoad detection signal from load detection means andSaidA control unit to which each command signal from the command means is input, the control unit according to the command signal from the command means, the opening detection signal from the opening detection means, and the load detection signal from the load detection means. Determine whether the valve is moving normallyThe pressure of the fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing in a state in which the valve body is held at a predetermined opening by an opening detection signal from the opening detector. By detecting the fluctuation by the load detection means, it is determined whether or not the flow of fluid flowing through the valve housing is normal.With a configuration toThatThe
[0016]
  With this configuration, the control unit can automatically determine whether the movement of the valve body is normal or abnormal while comparing the load detection signal with the command signal and the opening detection signal. .In addition, the control unit is a waveform of the load detection signal output from the load detection means for the pressure variation of the fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing with the valve body held at a predetermined opening degree. Thus, it is possible to determine whether the flow of fluid flowing in the valve housing is smooth or whether pressure fluctuation or the like is occurring.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a control valve operation diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11 of the accompanying drawings.
[0026]
In the figure, reference numeral 1 denotes a control valve employed in the present embodiment, and the control valve 1 includes a valve housing 2, a valve body 7, a drive mechanism 8, a valve shaft 22, a gland packing 23, and the like which will be described later. .
[0027]
Reference numeral 2 denotes a valve housing constituting an outer shell of the control valve 1, and the valve housing 2 includes a valve box 3 disposed in the middle of a flow path of a fluid to be controlled, a valve body guide 4 and a support frame 5 described later. The high-temperature water supply etc. distribute | circulate in the valve box 3 as a control object fluid.
[0028]
The valve box 3 is provided with an inlet 3A and an outlet 3B of the water supply, and a through hole 3C that is positioned between the inlet 3A and the outlet 3B and into which a valve body guide 4 described later is fitted. The partition wall 3D is formed, and the through hole 3C of the partition wall 3D is opposed to the upper and lower sides and has a cylindrical opening 3E formed with a diameter larger than that of the through hole 3C.
[0029]
Reference numeral 4 denotes a cylindrical valve body guide provided in the valve box 3, and the valve body guide 4 is inserted into the valve box 3 from the cylindrical opening 3E side. The valve element guide 4 is positioned in the valve box 3 by fitting one end side of the valve body guide 4 into the through hole 3C and the other end side of the valve body guide 4 to a lid 5A described later. Further, the inner peripheral surface of the valve body guide 4 is a sliding surface 4A for a valve body 7 which will be described later, and an annular valve seat 4B on which the valve body 7 is attached and detached is integrally formed on the lower end side of the sliding surface 4A. ing.
[0030]
The valve body guide 4 is formed with radial flow holes 4C, 4C at positions slightly above the valve seat 4B. These flow holes 4C are opened and closed by the valve body 7, whereby the valve box 3 communicates and blocks between the inlet 3A and the outlet 3B.
[0031]
Reference numeral 5 denotes a support frame provided in the cylindrical opening 3E of the valve box 3, and one end side of the support frame 5 is a lid 5A that closes the cylindrical opening 3E from above, and the center side of the lid 5A Is formed with an insertion hole 5B through which a later-described valve shaft 22 is inserted. A support plate 6 that supports a diaphragm 13 (described later) from below is attached to the other end of the support frame 5 using means such as bolts.
[0032]
Further, guide portions 5C, 5C,... Are provided on the other end side of the support frame 5 below the support plate 6, and each guide portion 5C points to a movable shell 12 described later with an arrow A. , Guide in such a manner that it can move in the B direction (movable up and down).
[0033]
Reference numeral 7 denotes a valve body slidably fitted in the valve body guide 4. The valve body 7 is formed as a covered cylindrical body as shown in FIG. 2, and one end side thereof is separated from the valve seat 4B. By being seated, the inlet 3A and the outlet 3B of the valve box 3 are communicated and blocked via the respective flow holes 4C of the valve body guide 4.
[0034]
Also, the valve body 7 is provided with pressure relief holes 7A, 7A,..., And these pressure relief holes 7A prevent a pressure difference from being generated between the valve body guide 4 and the valve body 7, This compensates for smooth opening and closing of the valve body 7.
[0035]
Reference numeral 8 denotes a drive mechanism as valve drive means provided on the other end side of the support frame 5 so as to be separated from the valve body 7, and the drive mechanism 8 is disposed between a spring receiver 18 and a support plate 6 which will be described later. A spring 9 that normally urges the valve body 7 in the valve closing direction, a pneumatic actuator 10 described later, a positioner 27 described later shown in FIG.
[0036]
Reference numeral 10 denotes a pneumatically operated actuator that drives the valve body 7 against the spring 9 in the valve opening direction. The actuator 10 includes upper and lower movable shells 11 and 12 and an outer peripheral side between the movable shells 11 and 12. And a diaphragm 13 serving as a movable partition wall sandwiched between the two. The diaphragm 13 defines a pressure chamber 14 between the diaphragm 13 and the upper movable shell 11.
[0037]
Here, the movable shells 11 and 12 are arranged so as to surround the support plate 6 on the support frame 5 together with the diaphragm 13 from above and below. The diaphragm 13 has a central portion fixed to the support plate 6 and reinforced (backed up) from the back side by the support plate 6.
[0038]
The lower movable shell 12 is provided with a plurality of insertion holes 12A, 12A,... Through which the respective guide portions 5C of the support frame 5 are inserted, and the movable shell 12 is supported by the support frame 5 through these insertion holes 12A. On the other hand, it is attached along each guide portion 5C so as to be movable up and down. The movable shell 12 has an inner peripheral end fixed to an outer peripheral side of a yoke 16, which will be described later, and moves (upward and downward) in the directions indicated by arrows A and B together with the yoke 16.
[0039]
Reference numeral 15 denotes a gas pressure supply / exhaust port provided in the upper movable shell 11, and an operation air pressure pipe 38, which will be described later, is connected to the supply / exhaust port 15. The air pressure is supplied and discharged. While the air pressure in the pressure chamber 14 is at the minimum pressure, the movable shells 11 and 12 and the yoke 16 are urged by the spring 9 in the direction indicated by the arrow A. As shown, the valve is kept closed.
[0040]
On the other hand, the actuator 10 is supplied with operating air pressure from the supply / exhaust port 15 into the pressure chamber 14 and increases the volume in the pressure chamber 14 as the air pressure increases. Due to the air pressure in the pressure chamber 14, the movable shells 11 and 12 are pushed in the direction of arrow B against the biasing force of the spring 9 together with the yoke 16 and the like, whereby the valve body 7 is moved as shown in FIG. The valve opening is increased.
[0041]
Reference numeral 16 denotes a yoke as a movable frame provided in the support frame 5 so as to be movable up and down. The yoke 16 is formed as a bottomed frame body and covers the spring 9 from the outside in the radial direction. . Further, an axial force sensor 25 (to be described later) is attached together with the valve shaft 22 to the bottom portion 16A side of the yoke 16, and the yoke 16 constitutes a driving force transmission means together with the valve shaft 22.
[0042]
Reference numeral 17 denotes a fixing bolt provided on the bottom portion 16A of the yoke 16, and 18 denotes a spring receiver screwed to the fixing bolt 17 together with a loosening nut 19. The spring receiver 18 loosens the screwing position with respect to the fixing bolt 17. By changing together with the lock nut 19, the biasing force of the spring 9 is variably adjusted.
[0043]
Reference numerals 20 and 21 denote tool insertion holes provided in the support frame 5 and the yoke 16. When the screwing positions of the spring receiver 18 and the locking nut 19 with respect to the fixing bolt 17 are changed in the tool insertion holes 20 and 21, For example, a tool such as a spanner or a wrench is inserted.
[0044]
Reference numeral 22 denotes a valve shaft that constitutes a driving force transmission means together with the yoke 16, and the valve shaft 22 moves upward and downward (in the axial direction) into the insertion hole 5B of the support frame 5 (lid portion 5A) as shown in FIG. The lower end side is connected to the valve body 7 in the valve body guide 4. The upper end side of the valve shaft 22 is connected to the bottom portion 16A of the yoke 16 via an axial force sensor 25 described later. The valve shaft 22 transmits the movement of the yoke 16 to the valve body 7, and opens and closes the valve body 7 upward and downward.
[0045]
23 is a gland packing as a seal member for sealing between the lid portion 5A of the support frame 5 and the valve shaft 22, and the gland packing 23 is mounted in the insertion hole 5B of the lid portion 5A. The outer peripheral surface is in sliding contact with a tightening margin. A gland retainer 24 that holds the gland packing 23 in a retaining state is detachably attached to the lid 5A of the support frame 5.
[0046]
Reference numeral 25 denotes an axial force sensor as a load detecting means provided between the bottom 16A of the yoke 16 and the valve shaft 22, and the axial force sensor 25 is configured by using, for example, a load cell, a strain gauge, etc. The load (for example, the tensile force and the compressive force in the axial direction) applied to is detected as shown in FIGS.
[0047]
Reference numeral 26 denotes an opening degree sensor as opening degree detecting means for detecting the opening degree of the valve body 7, and the opening degree sensor 26 is configured by using, for example, an optical displacement sensor or the like, and is a yoke that is integrally displaced with the valve body 7. 16 or the movement of the movable shells 11 and 12 is detected as a relative displacement amount with respect to the support frame 5 or the support plate 6 (diaphragm 13). FIG. 1 illustrates the case where the opening sensor 26 is provided on the movable shell 11.
[0048]
A positioner 27 for the control valve 1 is provided outside the valve housing 2 as shown in FIG. 3, and is connected to, for example, a pilot pipe 28, an input side pneumatic pipe 29, and an output side pneumatic pipe 30. Has been. The positioner 27 converts the amount of compressed air supplied from the pressure source 31 such as an air compressor or an air tank through the pressure reducing valve 32 and the input side pneumatic piping 29 to the pilot pressure from the pilot piping 28. Corresponding control is performed to increase or decrease, and the controlled air pressure is supplied to the pneumatic piping 30 on the output side.
[0049]
As a result, the positioner 27 proportionally controls the opening degree of the valve body 7 according to a command signal (pilot pressure from the pilot pipe 28) from a command device 34, which will be described later, as indicated by a characteristic line 33 shown in FIG. . That is, the valve body 7 of the control valve 1 is variably controlled in proportion to the command signal as indicated by a characteristic line 33 shown in FIG.
[0050]
Reference numeral 34 denotes a command device as a command means for outputting a command signal for commanding the opening degree of the valve body 7. The command device 34 is a command whose current value is variably set within a range of about 4 to 20 mA (milliampere), for example. The signal is output to an electropneumatic converter 35, a control unit 43 and the like which will be described later.
[0051]
Reference numeral 35 denotes an electropneumatic converter that converts a command signal from the command device 34 into a pilot pressure. The electropneumatic converter 35 converts a low-pressure air pressure supplied from a pressurized air source 31 through a pressure reducing valve 36 into a pilot pipe 28. The pilot pressure at this time is variably adjusted in proportion to the current value of the command signal. Note that the set pressure of the pressure reducing valve 36 is set to a pressure sufficiently lower than the pressure reducing valve 32 (for example, 1/10 or less).
[0052]
37 is a booster relay that multiplies the air pressure from the pneumatic pipe 30 and supplies it to the operation pneumatic pipe 38 side. The booster relay 37 is connected to the branch pipe 39 in order to multiply the air pressure from the pneumatic pipe 30. The branch pipe 39 replenishes the booster relay 37 with the air pressure from the pneumatic pipe 29.
[0053]
The drive mechanism 8 of the control valve 1 is supplied with the increased operating air pressure from the booster relay 37 side through the operating air pressure piping 38 and the supply / exhaust port 15 into the pressure chamber 14 shown in FIG. By expanding and contracting the pressure chamber 14, the yoke 16, the valve shaft 22 and the valve body 7 are driven in the directions indicated by arrows A and B.
[0054]
Reference numerals 40, 41, and 42 denote pressure sensors. Among the pressure sensors 40 to 42, the pressure sensor 40 detects the pressure in the operation pneumatic piping 38, and the pressure sensor 41 detects the pressure in the pneumatic piping 30. The sensor 42 detects the pilot pressure in the pilot pipe 28.
[0055]
43 is a control unit constituted by a microcomputer or the like. The control unit 43 includes an axial force sensor 25, an opening sensor 26, pressure sensors 40, 41 and 42, a command device 34 and the like on the input side as shown in FIG. Connected to the output side are a display 44 such as a display, a printer 45 as a printing machine, a notification device 46 and the like.
[0056]
Here, the control unit 43 displays the command signal output from the command device 34, the opening signal of the valve body 7 output from the opening sensor 26, and the axial force signal output from the axial force sensor 25. As shown in FIGS. 6 to 11, the display 44 is used for display, and these are printed by the printer 45 as necessary.
[0057]
The control unit 43 determines whether the operating state of the control valve 1 is normal or abnormal based on detection signals from the axial force sensor 25, the opening sensor 26, and the pressure sensors 40, 41, and 42 as described later. When (failure diagnosis) is performed and it is determined that there is an abnormality, this is notified by using a notification device 46 such as a warning lamp, a warning buzzer, or a voice synthesizer. The diagnosis result at this time can also be displayed on the screen of the display 44.
[0058]
The operation diagnosis device for the control valve 1 according to the present embodiment has the above-described configuration, and the operation thereof will be described next.
[0059]
First, when the command signal output from the command device 34 is equal to or less than the signal value Sa shown in FIG. 5, the pilot pressure output from the electropneumatic converter 35 shown in FIG. 3 to the pilot pipe 28 is, for example, about atmospheric pressure. Place in low pressure.
[0060]
Then, the positioner 27 of the control valve 1 sets the inside of the pneumatic piping 30 to a low pressure state close to the atmospheric pressure corresponding to the pilot pressure at this time, and the pressure in the operating pneumatic piping 38 via the booster relay 37 is also almost equal. Set to atmospheric pressure. Thereby, the actuator 10 of the drive mechanism 8 is maintained in a minimum pressure state in which the air pressure in the pressure chamber 14 is close to the atmospheric pressure.
[0061]
Therefore, in the drive mechanism 8, the movable shells 11, 12 and the yoke 16 are urged in the direction indicated by the arrow A by the spring 9, and the urging force at this time is applied to the valve body 7 via the axial force sensor 25 and the valve shaft 22. , The valve body 7 is seated on the valve seat 4B of the valve body guide 4 as shown in FIG.
[0062]
Next, when the command signal output from the command device 34 becomes larger than the signal value Sa shown in FIG. 5, the pilot pressure output from the electropneumatic converter 35 shown in FIG. 3 to the pilot pipe 28 is proportional to the command signal. For example, it is set to a pressure state higher than atmospheric pressure.
[0063]
Then, the positioner 27 of the control valve 1 sets the inside of the pneumatic pipe 30 to a pressure state higher than the atmospheric pressure corresponding to the pilot pressure at this time, and the booster relay 37 sets the air amount based on the pressure in the pneumatic pipe 30. And the doubled operating air pressure is supplied into the pressure chamber 14 of the actuator 10 through the operating air pressure pipe 38 and the supply / discharge port 15.
[0064]
As a result, the actuator 10 increases the volume in the pressure chamber 14 in accordance with the air pressure supplied from the supply / exhaust port 15, and the movable shell 11, 12 is moved together with the yoke 16 and the spring 9 by the air pressure in the pressure chamber 14. Push in the direction of arrow B against the urging force. The driving force (pushing force) in the direction indicated by the arrow B is transmitted to the valve body 7 via the axial force sensor 25 and the valve shaft 22.
[0065]
As a result, the valve body 7 is separated from the valve seat 4B of the valve body guide 4 as shown in FIG. And in the state which the valve body 7 opened, water supply flows in the direction of arrow C from the inlet 3A of the valve box 3 toward the outlet 3B, and the flow rate of the water supply is controlled according to the opening degree of the valve body 7. Is done.
[0066]
Further, the opening degree of the valve body 7 is controlled so as to increase or decrease along the characteristic line 33 shown in FIG. 5, and when the signal value of the command signal increases to Sm, the valve body 7 is fully opened. is there.
[0067]
In this case, the opening degree sensor 26 is provided in the control valve 1, and the opening degree sensor 26 determines whether or not the opening degree of the valve body 7 is controlled almost in proportion to the command signal from the command device 34. Can do.
[0068]
Further, whether or not the pilot pressure in the pilot pipe 28 is controlled substantially in proportion to the command signal can be detected by a pressure sensor 42 provided in the middle of the pilot pipe 28.
[0069]
Further, the pressure in the pneumatic piping 30 can be detected by the pressure sensor 41, and the pressure in the operating pneumatic piping 38 can be similarly detected by the pressure sensor 40. Therefore, the pressure in the pneumatic piping 30 and the operating pneumatic piping 38 is controlled by the command. It can be determined whether or not the control is performed in response to the signal and the pilot pressure.
[0070]
However, with only the detection signals from the opening sensor 26 and the pressure sensors 40 to 42, for example, it is difficult to perform an operation diagnosis (failure diagnosis) of the control valve 1 during the operation, and to find the failure location etc. at an early stage. Is real.
[0071]
That is, the valve body 7 slidably provided in the cylindrical valve body guide 4 is repeatedly opened and closed in accordance with the operation of the control valve 1, and the sliding surface 4A of the valve body guide 4 and the valve body 7 During this time, wear and damage may gradually occur, and galling may occur. However, even in such a state, as long as the damaged portion is small, the valve body 7 is controlled to open and close according to the command signal, so that galling of the valve body 7 cannot be detected early.
[0072]
Therefore, in the present embodiment, an axial force sensor 25 is provided as a load detection means between the bottom portion 16A of the yoke 16 and the valve shaft 22, and a tensile force applied in the axial direction of the valve shaft 22 by the axial force sensor 25 is provided. The force or compressive force is detected as shown in FIGS.
[0073]
When the command signal output from the command device 34 is gradually and gradually increased between the minimum signal value Sa and the maximum signal value Sm as indicated by the characteristic line 51 shown in FIG. It was confirmed that the opening degree detection signal output from No. 26 gradually increased substantially corresponding to the command signal as indicated by the characteristic line 52 in FIG. 6, and the opening degree of the valve body 7 gradually increased.
[0074]
At this time, the valve body 7 is lifted in the direction of arrow B as shown in FIG. 2 together with the valve shaft 22 and the yoke 16, and the axial force sensor 25 includes the sliding surface 4 A of the valve body guide 4 and the valve body 7. The axial force (thrust force) in the pulling direction acts due to the sliding resistance acting between them. For this reason, the axial force detection signal output from the axial force sensor 25 is detected as an almost constant output value in the pulling direction (positive direction) as indicated by the characteristic line 53 in FIG.
[0075]
However, when the sliding surface of the valve element 7 is worn or damaged, the axial force detection signal temporarily increases at time tx illustrated in FIG. It can be detected that the sliding resistance acting with the body 7 is partially increased.
[0076]
In addition, when galling or the like does not occur, the axial force detection signal maintains a substantially constant output value like the characteristic line 53 as shown by a characteristic line 54 indicated by a one-dot chain line in FIG. Thus, by using the axial force sensor 25, it is possible to detect early whether or not galling due to wear, damage or the like has occurred between the valve element 7 and the valve element guide 4.
[0077]
Next, as indicated by the characteristic line 61 shown in FIG. 7, the command signal output from the command device 34 is set to an arbitrary signal value Si (Sa) between the minimum signal value Sa and the maximum signal value Sm at time ta1. When it is reduced from <Si <Sm) to the minimum signal value Sa, the valve element 7 is driven by the spring 9 toward the fully closed side with a slight time delay.
[0078]
Therefore, the opening degree detection signal output from the opening degree sensor 26 changes in the fully closed direction from time ta2 to ta3 with a slight delay from time ta1 as shown by the characteristic line 62 in FIG. In this case, when the valve element 7 is not closed and no foreign matter is caught between the valve seat 4B and the valve body 7 is closed, the opening degree detection signal is completely transmitted to the fully closed position as shown by a characteristic line 63 shown by a one-dot chain line in FIG. Will move to.
[0079]
However, if the foreign matter at this time is very small, there is almost no difference between the characteristic lines 62 and 63, and therefore the presence or absence of foreign matter is determined by the opening degree detection signal output from the opening degree sensor 26. That is often difficult.
[0080]
On the other hand, the axial force detection signal output from the axial force sensor 25 is the sliding of the valve body guide 4 during the time ta2 to ta3 when the valve body 7 starts to move in the valve closing direction as indicated by the characteristic line 64 in FIG. Under the influence of the static friction force f1 acting between the surface 4A and the valve body 7, it changes greatly from the pulling direction (positive direction) to the compression direction (negative direction), and thereafter, under the influence of the dynamic friction force f2. Outputs axial force in the compression direction.
[0081]
When the time ta3 is reached, the valve body 7 outputs a force f3 (foreign matter biting force) in the compression direction by biting the foreign matter with the valve seat 4B. As a result, it is possible to detect, for example, as a force f3 in the compression direction, whether or not a foreign body is caught between the valve body 7 and the valve seat 4B when the valve body 7 is closed. It can be determined early.
[0082]
In this case, although the opening degree detection signal (characteristic line 62) from the opening degree sensor 26 becomes a substantially constant value after the time ta3, the valve closing of the valve body 7 is detected. Since the axial force detection signal detects the force f3 in the compression direction, it is possible to reliably determine the presence or absence of foreign matter even if it is a small foreign matter.
[0083]
Next, as indicated by the characteristic line 71 shown in FIG. 8, the command signal output from the command device 34 is set to an arbitrary signal value Sj (Sa) between the minimum signal value Sa and the maximum signal value Sm at time tb1. Even when the signal value Sa is decreased from <Sj <Sm) to the minimum signal value Sa, the valve body 7 is driven by the spring 9 toward the fully closed side with a slight time delay.
[0084]
A sliding resistance is added to the valve shaft 22 that is displaced integrally with the valve body 7 in the valve closing direction (the direction indicated by arrow A in FIG. 2) by the gland packing 23, and the tightening margin (frictional force) of the gland packing 23 ) Causes a time difference between times T1 and T2 (T1 <T2) until the valve body 7 is fully closed.
[0085]
For this reason, when the frictional force of the gland packing 23 is small as shown by the characteristic line 72 shown by the solid line in FIG. When the frictional force of the gland packing 23 is increased, the time T2 until it is fully closed becomes longer as indicated by a characteristic line 73 indicated by a one-dot chain line in FIG.
[0086]
However, it is difficult to determine the sealing property (presence or absence of leakage) by the gland packing 23 only by comparing the times T1 and T2 based on such an opening detection signal, and the closing force of the valve body 7 (the shut-off for the valve seat 4B). It is difficult to determine whether or not (force) is set within a specified range.
[0087]
On the other hand, the axial force detection signal output from the axial force sensor 25 is grounded when the valve body 7 starts to move in the valve closing direction after the time tb1 as shown by a characteristic line 74 shown by a solid line in FIG. The frictional force F1 as the dynamic frictional resistance by the packing 23 can be directly detected and output, and when the valve body 7 reaches the fully closed position, the valve closing force F2 can be directly output.
[0088]
Further, when the tightening allowance is excessive due to the hardening of the gland packing 23 or the like, the frictional force F3 of the gland packing 23 is output by the axial force detection signal as shown by a characteristic line 75 shown by a one-dot chain line in FIG. The valve closing force F4 can also be detected directly.
[0089]
When the frictional force F1 is smaller than the reference value, the allowance for the gland packing 23 is reduced, the sealing performance is lowered, and fluid leaks from the valve shaft 22 and the gland packing 23 (valve box 3 There is a possibility that leakage of the feed water flowing inside), so that the occurrence of the leakage can be diagnosed at an early stage and the replacement timing of the gland packing 23 can be notified using, for example, the notification device 46 or the like.
[0090]
Further, by determining whether or not the valve closing force F2 is within a predetermined closing force range, it is possible to determine whether or not the urging force of the spring 9 is set to a normal spring force.
[0091]
When adjusting the urging force of the spring 9, the tool is inserted through the tool insertion holes 20 and 21 shown in FIG. 1, and the screwing position of the spring receiver 18 and the locking nut 19 to the fixing bolt 17 is changed. The urging force can be easily adjusted.
[0092]
On the other hand, even when it is determined that the frictional force F3 by the characteristic line 75 is excessive, it is a case where the gland packing 23 is hardened due to deterioration over time or the like. The replacement time of the gland packing 23 can be notified using 46 or the like.
[0093]
Further, when it is determined that the valve closing force F4 is too small, there is a risk of fluid leakage between the valve body 7 in the closed state and the valve seat 4B. Since the cut-off force of the body 7 is small, it is possible to notify that in this case as well, the work for adjusting the biasing force of the spring 9 should be performed early as described above.
[0094]
Next, as indicated by the characteristic line 81 shown in FIG. 9, the command signal output from the command device 34 is a signal from an arbitrary signal value Sk2 between the minimum signal value Sa and the maximum signal value Sm at time tc1. When the value is reduced to the value Sk1 (Sa <Sk1 <Sk2 <Sm), the valve element 7 is driven in the valve closing direction with a slight time delay, and the urging force of the spring 9 and the air pressure in the pressure chamber 14 are balanced. The valve body 7 stops at the intermediate opening position.
[0095]
The opening degree detection signal output from the opening degree sensor 26 should be kept substantially constant at an intermediate opening position as indicated by a characteristic line 82 indicated by a one-dot chain line in FIG. However, when the gland packing 23 is hardened and the sliding resistance (frictional force) applied to the valve shaft 22 becomes excessive, the opening detection signal has a long cycle as indicated by a characteristic line 83 shown by a solid line in FIG. The valve body 7 may vibrate and continue to move up and down slowly in the vicinity of the intermediate opening.
[0096]
Further, in the case where the air pressure supplied to and discharged from the pressure chamber 14 of the drive mechanism 8 is reversed excessively (sensitively) due to abnormalities in the positioner 27, the booster relay 37, etc. shown in FIG. The opening degree detection signal vibrates at a short cycle as indicated by the characteristic line 84 indicated by a two-dot chain line, and the valve body 7 frequently repeats upward and downward movements near the intermediate opening degree.
[0097]
In such a case, when the axial force detection signal from the opening sensor 26 vibrates with a long period along the characteristic line 85 shown by a solid line in FIG. Can detect and output overload. Further, when the axial force detection signal vibrates in a short surrounding like the characteristic line 86 indicated by a two-dot chain line, it can be determined early that the positioner 27, the booster relay 37, etc. shown in FIG. 3 are not operating normally.
[0098]
Next, when the command signal output from the command device 34 is changed so as to draw a sine curve (sine wave) as shown by the characteristic line 91 shown in FIG. As shown, the intermediate opening changes to move up and down and fluctuates substantially following the command signal.
[0099]
At this time, the axial force detection signal also fluctuates following the command signal as indicated by a characteristic line 93 in FIG. However, in the vicinity of the times td1, td2, td3, and td4 corresponding to the inflection points of the command signal, fluctuations (small mountain-shaped vibrations) may occur in the axial force detection signal.
[0100]
Accordingly, when the state of the operating air pressure (the air pressure in the operating air pressure piping 38) in such a case is examined, supply shortage occurs in the air pressure supplied from the booster relay 37 to the operating air pressure piping 38 side, for example, the operating air pressure It was confirmed that this was a case where a failure occurred in the piping 38 and the like.
[0101]
As a result, it is possible to quickly detect an insufficient operating air pressure on the operating air pressure piping 38 side using the axial force detection signal. Even in such a case, the detection signal from the axial force sensor 25 can quickly detect an insufficient operating air pressure. Measures can be taken.
[0102]
Next, as indicated by the characteristic line 101 shown in FIG. 11, the command signal output from the command device 34 is converted into an arbitrary signal value Sl (Sa <Sl <<) between the minimum signal value Sa and the maximum signal value Sm. In the state maintained at Sm), the opening degree of the valve element 7 is also held at an intermediate opening degree corresponding to the signal value Sl, and the opening degree detection signal is kept substantially constant as shown by the characteristic line 102.
[0103]
In this case, an axial force detection signal is also output as indicated by the characteristic line 103. However, for example, when the axial force detection signal changes in a peak shape at times te1, te2, etc., shock pressure fluctuations or the like occur in the water supply flowing in the valve box 3 when the valve body 7 is at an intermediate opening. It can be detected as occurring, and for example, it can be determined whether or not the flow state of the feed water flowing through the main feed water control valve 1 of the nuclear power plant is normal.
[0104]
That is, when the water supply is continuously flowing in the direction of arrow C from the inlet 3A to the outlet 3B of the valve box 3 with the valve body 7 opened as shown in FIG. While the water supply flow is smooth, the axial force acting on the valve body 7, the valve shaft 22 and the like is kept constant. However, when the flow of the water supply fluctuates for some reason and an impact pressure or the like is generated, the axial force acting on the valve body 7, the valve shaft 22, etc. changes instantaneously, for example, as shown by the characteristic line 103. It can be inferred that the axial force detection signal has changed to a peak at te1, te2, etc.
[0105]
Therefore, according to the present embodiment, the axial force sensor 25 is used to detect the axial tensile force, compressive force, etc. acting on the valve body 7 and the valve shaft 22, thereby monitoring the control valve 1 and operating diagnosis. Can be performed in the middle of the operation, and galling of the valve body 7, foreign matter biting, seal failure, etc. can be determined at an early stage.
[0106]
Further, the sliding resistance of the gland packing 23 with respect to the valve shaft 22 can be detected as the frictional forces F1, F3, etc. shown in FIG. Is hardened, the sliding resistance is increased, and whether or not the closing force of the valve body 7 by the spring 9 is reduced can be diagnosed during the operation of the control valve 1.
[0107]
Furthermore, it is possible to detect at an early stage whether the control of the operating air pressure by the positioner 27 and the booster relay 37 is normal, whether the condition of the water supply flowing through the valve box 3 is normal, and promptly deal with when an abnormality occurs. can do.
[0108]
In the above embodiment, the control valve 1 used in a nuclear power plant or the like has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a control valve used in a petrochemical complex, a chemical plant, or a refinery. The present invention can also be applied to control valves that control the flow of various fluids, etc., and failure diagnosis can be performed early during the operation.
[0109]
In the above embodiment, the control valve 1 of the type in which the valve body 7 is urged in the valve closing direction by the spring 9 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, for example, a gas pressure such as air pressure. When the valve body is driven in the valve closing direction using the valve, and the valve body is opened, the valve body may be applied to a control valve that lowers the gas pressure and biases the valve body in the valve opening direction by a spring.
[0110]
In the above embodiment, the control valve 1 in which the feed water flows in the direction indicated by the arrow C from the inlet 3A to the outlet 3B of the valve box 3 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, it is good also as a structure which a fluid flows in the reverse direction to the arrow C direction shown in FIG.
[0111]
Further, in the above-described embodiment, it has been described that the urging force of the spring 9 is variably adjusted using the spring receiver 18 and the locking nut 19 or the like. There is nothing.
[0112]
【The invention's effect】
  As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, the command means for outputting the command signal for commanding the opening degree of the valve body to the valve driving means, and the load applied to the driving force transmitting means. Load detecting means for detecting, etc., and diagnosing whether or not the movement of the valve body is normal according to the command signal from the command means and the load detection signal from the load detection means.And the load detection means determines whether the flow of fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing is normal or not, while maintaining the valve body at a predetermined opening degree. It is configured to detect pressure fluctuations of the fluid flowing in the housing.Therefore, the load applied to the driving force transmission means can be detected by the load detection means while the opening degree of the valve body is variably controlled according to the command signal from the command means, and the load detection signal is compared with the command signal. By doing so, it is possible to diagnose and discriminate early whether the movement of the valve body is normal or abnormal. Therefore, by detecting the axial load acting on the valve body, valve shaft, etc., control valve monitoring, operation diagnosis, etc. can be performed during operation, valve body caulking, foreign object biting, poor seal, etc. Can be determined early.Moreover, since the load detection means detects the pressure fluctuation of the fluid flowing in the valve housing while the valve body is held at a predetermined opening, the load detection signal waveform output from the load detection means is used. It is possible to determine whether the flow of fluid flowing in the valve housing is smooth or whether pressure fluctuations are occurring, and it is possible to continue monitoring the flow of fluid from the outside while the control valve is operating.
[0113]
  The invention according to claim 2 includes an opening degree detecting means for detecting an opening degree of the valve body and a control unit, and the control unit is configured to control the valve according to a command signal, an opening degree detection signal, and a load detection signal. Since it is configured to determine whether or not the body movement is normal, by using the control unit, the movement of the valve body is normal while comparing the load detection signal with the command signal and the opening detection signal. Or whether it is abnormal can be automatically determined.In addition, the control unit is configured to change the pressure of the fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing in a state where the valve body is held at a predetermined opening by an opening detection signal from the opening detector. Is detected by the load detecting means to determine whether or not the flow of the fluid flowing through the valve housing is normal. Therefore, the waveform of the load detection signal output from the load detecting means It is possible to determine whether the flow of the fluid flowing through the housing is smooth or whether a pressure fluctuation or the like has occurred, and the flow of the fluid can be continuously monitored from the outside while the control valve is operated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a closed state of a control valve provided with an operation diagnosis device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing the control valve of FIG. 1 in an open state.
FIG. 3 is a control circuit diagram of the control valve shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a control block diagram showing a control valve operation diagnosis device;
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a command signal and a valve opening degree of a control valve.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a command signal, an opening detection signal, and an axial force detection signal in a state where galling occurs in the valve body.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a command signal, an opening degree detection signal, and an axial force detection signal in a state where biting of foreign matter has occurred.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a command signal, an opening detection signal, and an axial force detection signal in a state where the frictional force due to the gland packing is changed.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a command signal, an opening degree detection signal, and an axial force detection signal when the gland packing is hardened or the operating air pressure varies.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a command signal, an opening degree detection signal, and an axial force detection signal when the operating air pressure is insufficient.
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a command signal, an opening detection signal, and an axial force detection signal in a state where the pressure of the feed water flowing through the control valve fluctuates.
[Explanation of symbols]
1 Control valve
2 Valve housing
3 Valve box
4 Valve body guide
4A Sliding surface
4B Valve seat
5 Support frame
6 Support plate
7 Disc
8 Drive mechanism (valve drive means)
9 Spring
10 Actuator
11,12 Movable shell
13 Diaphragm
14 Pressure chamber
16 York
22 Valve shaft (drive force transmission means)
23 Gland packing (seal member)
25 Axial force sensor (load detection means)
26 Opening sensor (opening detection means)
27 Positioner
28 Pilot piping
29,30 Pneumatic piping
31 Pressure source
32, 36 Pressure reducing valve
34 Command device (command means)
35 Electropneumatic converter
37 Booster Relay
38 Operating pneumatic piping
40, 41, 42 Pressure sensor
43 Control unit
44 Display
46 Notification device

Claims

A valve housing having a fluid inlet and outlet, and a valve seat provided between the inlet and outlet;
A valve body that is displaceably provided in the valve housing and communicates and blocks between the inflow port and the outflow port by being separated from and seated on the valve seat;
Valve drive means provided in the valve housing apart from the valve body, for driving the valve body in a valve closing direction according to a command signal;
A driving force transmitting means provided between the valve driving means and the valve body, for transmitting a driving force by the valve driving means to the valve body;
Command means for outputting a command signal for commanding the opening of the valve body to the valve drive means;
A load detecting means provided in the driving force transmitting means for detecting a load applied to the driving force transmitting means;
According to a configuration for diagnosing whether or not the movement of the valve body is normal according to a command signal from the command means and a load detection signal from the load detection means ,
The load detecting means determines whether the fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing is normal or not while maintaining the valve body at a predetermined opening degree. operation diagnosis device configuration as to become the control valve for detecting the pressure fluctuations of the fluid flowing through the housing.

A valve housing having a fluid inlet and outlet, and a valve seat provided between the inlet and outlet;
A valve body that is displaceably provided in the valve housing and communicates and blocks between the inflow port and the outflow port by being separated from and seated on the valve seat;
Valve drive means provided in the valve housing apart from the valve body, for driving the valve body in a valve closing direction according to a command signal;
A driving force transmitting means provided between the valve driving means and the valve body, for transmitting a driving force by the valve driving means to the valve body;
Command means for outputting a command signal for commanding the opening of the valve body to the valve drive means;
A load detecting means provided in the driving force transmitting means for detecting a load applied to the driving force transmitting means;
An opening degree detecting means for detecting the opening degree of the valve body ;
And a control unit for opening detection signal outputted from said opening detection means, the command signal from the load detection signal and the command means from said load detecting means are input,
The control unit determines whether the movement of the valve body is normal according to a command signal from the command means, an opening detection signal from the opening detection means, and a load detection signal from the load detection means ,
In addition, the control unit is configured to change the pressure of the fluid flowing from the inlet to the outlet of the valve housing in a state where the valve body is held at a predetermined opening by an opening detection signal from the opening detector. the load by detecting by the detection means, the valve operation diagnosis device name Ru system valve as a fluid flow it is determined whether or not the normal flow in the housing.