JP6144370B2 - ダブルノズル型スマートポジショナ - Google Patents

Description

本発明は、バルブの開度を制御するポジショナに関し、さらに詳しくは、ダブルノズル型のポジショナ（ＤＯＵＢＬＥ ＮＯＺＺＬＥ ＴＹＰＥ ＳＭＡＲＴ ＰＯＳＩＴＩＯＮＥＲ）に関する。

制御バルブは、外部の制御信号に応じてバルブの開度が調節できるバルブを称するもので、発電所、水処理、石油化学など、各種の工程自動化の効率および性能に重大な影響を及ぼす核心的な機器である。特に、制御バルブは、発電所のような大型のプラントに設置された各種の管路内部を流れる高温、高圧の流体を制御するのに必須であり、流体の流量、圧力および方向などを制御するだけでなく、流路の開閉、絞縮、逆止、過圧防止などの主要機能も遂行する。

一般的に、制御信号は、現場で発生する各種のノイズから信号の歪みを防止するため、４−２０ｍＡの電流を用い、バルブを駆動させるための補助動力源として空圧を利用する。

制御バルブは、大きくはバルブ本体、アクチュエータ、ポジショナにより構成され、バルブの駆動方式が直線運動であるか回転運動であるかによってそれぞれリニア型バルブ、ロータリー型バルブに区分される。アクチュエータは、補助動力源の空圧を利用して、バルブ本体と連結したステムを押し出したり回転トークを発生させたりして、バルブを駆動させる役割を担当する。したがって、バルブ本体を駆動するために必要な力と移動距離（または回転角度）によってアクチュエータの仕様が定められる。ポジショナは、バルブ本体（正しくは、ステム）と連結したセンサを介してプラグ開度を測定し、外部から入力された命令信号（４−２０ｍＡ）と比較し、バルブの開度が命令信号と一致するまでアクチュエータに供給される空圧を調節する制御機器である。

図１は、一つのノズル、一つのフラッパー（ｆｌａｐｐｅｒ）および一つのパイロットバルブを含む従来技術のポジショナを示す。このポジショナは、一つのフラッパー１０１、一つのノズル１０２、および一つのパイロットバルブ１０４を含む。さらに、ノズル１０２の定圧に維持のためのオリフィス１０３を含む。パイロットバルブ１０４の入力部は、供給圧力に連結されており、出力部は、アクチュエータ１０５に連結される。パイロットバルブ１０４の出力部からアクチュエータ１０５に供給される空圧によりアクチュエータ１０５が作動する。

このようなポジショナは、パイロットバルブ１０４の出力、すなわち、アクチュエータ１０５に供給される空圧が外部環境に大きく影響を受けるという短所がある。

図２は、図１のポジショナの短所を解決するため、一つのアクチュエータに、二つのポジショナを結合した従来技術の配列を示す。この配列は、二つセットのフラッパー１１１、ノズル１１２、オリフィス１１３、およびパイロットバルブ１１４が一つのアクチュエータ１１５に連結される。例えば、一方のセットのパイロットバルブ１１４の出力は、アクチュエータ１１５を上昇させる側に連結し、他方のセットのパイロットバルブ１１４の出力は、アクチュエータ１１５を下降させる側に連結する。これらのそれぞれのセットの構造は、図１のポジショナの構造と同様である。

このような配列において、アクチュエータ１１５は、一方のパイロットバルブ１１４の出力と他方のパイロットバルブ１１４の出力との差により駆動される。概して、二つのパイロットバルブ１１４は、同程度の外部影響を受けるはずなので、これらの二つの出力の間の差は、外部影響が互いに相殺される。つまり、このような配列を通じて、外部環境に対する影響は大きく受けなくなった。

しかしながら、ポジショナとアクチュエータを結合する組み立て工程がさらに複雑となり、二つのポジショナを同時に制御しなければならない問題が存在する。すなわち、二つのポジショナを制御する制御信号の間のタイミング問題、二つのポジショナの出力で有り得る誤差などによりアクチュエータが誤作動する可能性が存在する。

したがって、上記問題点を解消できる新しいポジショナ構造が望まれる。

本発明にかかるダブルノズル型ポジショナは、フラッパー（１）；フラッパー（１）を中心として、両側に配置されている第１ノズル（２）および第２ノズル（３）；第１ノズル（２）に連結した第１パイロットバルブ（６）；第２ノズル（３）に連結した第２パイロットバルブ（７）；第１ノズル（２）と前記第１パイロットバルブ（６）および第２ノズル（３）、および第２パイロットバルブ（７）に定圧を供給する定圧源；定圧源から第１ノズル（２）と第１パイロットバルブ（６）に提供される圧力を定圧に維持するための第１オリフィス（４）；および定圧源から第２ノズル（３）および第２パイロットバルブ（７）に提供される圧力を定圧に維持するための第２オリフィス（５）を含む。前記第１パイロットバルブ（６）の入力部は、供給圧力に連結されており、前記第１パイロットバルブ（６）は、前記定圧源から供給される空圧によって、前記第１パイロットバルブ（６）の入力部から供給された圧力を前記第１パイロットバルブ（６）の出力部に伝えるように構成されている。前記第１パイロットバルブ（６）の出力部は、前記第２パイロットバルブ（７）の入力部に連結されている。前記第２パイロットバルブ（７）は、前記定圧源から供給される空圧によって、前記第２パイロットバルブ（７）の入力部に供給された圧力を前記第２パイロットバルブ（７）の出力部に伝えるように構成されており、前記第２パイロットバルブ（７）の出力部は、排出口（８）に連結されている。前記第１パイロットバルブ（６）の出力部と前記第２パイロットバルブ（７）との入力部の接点はアクチュエータ（９）に連結されている。前記フラッパー（１）の移動により前記第１ノズル（２）が開放されると、前記第２ノズル（３）が閉鎖され、前記第１ノズル（２）が閉鎖されると、前記第２ノズル（３）が開放されるように構成されている。

好ましくは、前記第１ノズル（２）および前記第２ノズル（３）の開閉は、単一電流により制御される。

好ましくは、前記フラッパー（１）は、電流の極性に応じて反対方向に移動するように構成されている。

本発明のダブルノズル型ポジショナを利用すれば、二つのノズルを介して、二つのパイロットバルブを比例的に制御することができる。また、プラスの電流およびマイナスの電流をすべて利用するので、低い電流で制御が可能である。二つのノズルが、補助的なストッパー（ｓｔｏｐｐｅｒ）としての役割をして、外部の影響に対する変化量が少ない。

図１は、一つのノズル、一つのフラッパーおよび一つのパイロットバルブを含む従来のポジショナの図である。 図２は、図１のポジショナの短所を解決するため、一つのアクチュエータに二つのポジショナを結合した従来技術の配列を示す図である。 図３は、本発明の一実施例にかかるダブルノズル型ポジショナの図である。

これから、図３を参照して、本発明の一実施例に係るダブルノズル型ポジショナを説明する。

図３は、本発明の一実施例にかかるダブルノズル型ポジショナの概略図である。このダブルノズル型ポジショナは、フラッパー１、第１ノズル２、第２ノズル３、第１オリフィス４、第２オリフィス５、第１パイロットバルブ６、第２パイロットバルブ７、および排出口８を含む。第１ノズル２および第２ノズル３は、フラッパー１を中心として、両側に配置されており、フラッパー１の移動によって、第１ノズル２が閉鎖されると、第２ノズル３が開放され、第１ノズル２が開放されると、第２ノズル３が閉鎖される。フラッパー１が中央に位置すると、第１ノズル２および第２ノズル３がともに開く。このようなフラッパー１の移動は、フラッパー１に提供される単一の制御電流により制御されることができる。例えば、フラッパー１を、制御電流の極性に応じてそれぞれ反対方向に移動するように構成すれば、単一の制御電流、すなわち、制御電流の流れる向きにより、フラッパー１の移動を指示することができる。

第１ノズル２は、第１パイロットバルブ６に連結されている。第１ノズル２および第１パイロットバルブ６に定圧を供給する定圧源がその間に連結される。第２ノズル３は、第２パイロットバルブ７に連結されている。第２ノズル３および第２パイロットバルブ７に定圧を供給する定圧源がその間に連結される。これらの定圧源は、同一の圧力源であることが好ましい 。この定圧源から第１ノズル２および第１パイロットバルブ６に、そして、第２ノズル３および第２パイロットバルブ７に、供給される圧力を一定に維持するため、それぞれの第１オリフィス４および第２オリフィス５が提供される。

第１パイロットバルブ６の入力部は、別の供給圧力に連結されており、出力部は、第２パイロットバルブ７の入力部に連結されている。第２パイロットバルブ７の出力部は、排出口８に連結されている。第１パイロットバルブ６の出力部と第２パイロットバルブ７の入力部とは結合して、アクチュエータ９に連結される。

その動作において、フラッパー１にプラスの制御電流が供給されると、フラッパー１が第１ノズル２の方に移動し、第１ノズル２は閉鎖され、第２ノズル３は開放される。第１ノズル２が閉鎖されているので、定圧源から提供される圧力は、第１パイロットバルブ６にすべて提供される。また、第２ノズル３は開放されるので、定圧源に提供される圧力は、第２ノズル３を介して排出され、第２パイロットバルブ７に提供されない。これにより、第１パイロットバルブ６は、第１パイロットバルブ６の入力部に入力された供給圧力を、第１パイロットバルブ６の出力部を介して送り出し、第２パイロットバルブ７の入力部と出力部とは閉鎖される。第１パイロットバルブ６から出力された空圧は、アクチュエータ９に伝えられ、アクチュエータ９を、例えば、上昇させる。

マイナスの制御電流が供給されるフラッパー１が、第２ノズル３の方に移動して第２ノズル３は閉鎖され、第１ノズル２は開放される。前述のように、定圧源から提供される圧力は、第２パイロットバルブ７に提供され、第１パイロットバルブ６に提供されない。したがって、第１パイロットバルブ６に入力される供給圧力は出力されず、第２パイロットバルブ７の入力部と出力部とは開放される。アクチュエータ９に存在する空圧が第２パイロットバルブ７を介して排出口８へ排出され、アクチュエータ９は、例えば、下降することになる。

フラッパー１に電流が提供されないと、二つのノズル（第１ノズル２および第２ノズル３）とも開放され、第１パイロットバルブ６および第２パイロットバルブ７はともに入力部と出力部とが遮断され、アクチュエータ９は動かなくなる。

上記の説明は一例に過ぎない。例えば、代案として、フラッパー１にマイナスの電流が供給される時、フラッパー１が第１ノズル２の方に移動し、プラスの電流が供給される時、フラッパー１が第２ノズル３の方に移動する構成も可能である。さらに、アクチュエータの上昇および下降方向も反対であってもよく、他の方向であってもよい。

本発明のダブルノズル型ポジショナは、二つのノズルを介して、二つのポジショナをそれぞれ比例的に制御することができる。制御電流の極性を利用するので、低い電流でも制御が可能であり、単一電流を利用するので設置および制御が容易である。二つのノズルがストッパー（ｓｔｏｐｐｅｒ）の役割をするので外部影響に対する変化量が少ない。

１ フラッパー
２ 第１ノズル
３ 第２ノズル
４ 第１オリフィス
５ 第２オリフィス
６ 第１パイロットバルブ
７ 第２パイロットバルブ
８ 排出口
９ アクチュエータ

Claims (3)

1. ダブルノズル型ポジショナであって、
   フラッパー（１）；
   前記フラッパー（１）を中心として、両側に配置されている第１ノズル（２）および第２ノズル（３）；
   前記第１ノズル（２）に連結した第１パイロットバルブ（６）；
   前記第２ノズル（３）に連結した第２パイロットバルブ（７）；
   前記第１ノズル（２）と前記第１パイロットバルブ（６）、および前記第２ノズル（３）および前記第２パイロットバルブ（７）に定圧を供給する定圧源；
   前記第１ノズル（２）が前記フラッパー（１）により閉鎖された時、前記定圧源から前記第１パイロットバルブ（６）に提供される圧力を定圧に維持するための第１オリフィス（４）；および
   前記第２ノズル（３）が前記フラッパー（１）により閉鎖された時、前記定圧源から前記第２パイロットバルブ（７）に提供される圧力を定圧に維持するための第２オリフィス（５）；
   を含み、
   前記第１パイロットバルブ（６）の入力部は、供給圧力に連結されており、前記第１パイロットバルブ（６）は、前記定圧源から供給される空圧により、前記第１パイロットバルブ（６）の入力部から供給された圧力を前記第１パイロットバルブ（６）の出力部に伝えるように構成されており、
   前記第１パイロットバルブ（６）の出力部は、前記第２パイロットバルブ（７）の入力部に連結されており、
   前記第２パイロットバルブ（７）は、前記定圧源から供給される空圧により、前記第２パイロットバルブ（７）の入力部に供給された圧力を前記第２パイロットバルブ（７）の出力部に伝えるように構成されており、前記第２パイロットバルブ（７）の出力部は、排出口（８）に連結されており、
   前記第１パイロットバルブ（６）の出力部と前記第２パイロットバルブ（７）の入力部の接点は、アクチュエータ（９）に連結されており、
   前記フラッパー１の移動により前記第１ノズル（２）が開放されると、前記第２ノズル（３）が閉鎖され、前記第１ノズル（２）が閉鎖されると、前記第２ノズル（３）が開放されることを特徴とするダブルノズル型ポジショナ。
2. 前記フラッパー（１）の移動は、単一制御電流により制御されることを特徴とする請求項１に記載のダブルノズル型ポジショナ。
3. 前記フラッパー（１）は、上記単一制御電流の極性に応じて反対方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のダブルノズル型ポジショナ。

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