JP6316739B2 - バルブアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば化学工場や発電所等の各種プラントにおいて多数使用されているゲートや弁（以下バルブと総称する）を駆動するバルブアクチュエータに関する。

上記のような各種プラントにおいて多数使用されているバルブには、手動弁と、エアーや電気動力による動力駆動バルブアクチュエータ(以下、バルブアクチュエータと略称する)付きの動力駆動バルブとがある。これらのバルブは、定期的に保守点検してその作動状態等が検査されるが、多数のバルブを個々に検査するには多大な労力を要するだけでなく、プラントの運転を全面的に、または部分的に停止する必要があるので、その稼働率が低下するという問題がある。

このような問題を解決しうるものとして、例えば特許文献１には、複数の手動弁に弁開閉検出手段(弁開閉検出部)を設け、この弁開閉検出手段から発信される弁の開閉信号を、外部検査器に送信することにより、複数の手動弁の開閉状態を集中的に検査しうるようにした弁の検査装置が開示されている。

また、近年においては、各種プラントに多数設置されているアクチュエータ付きの動力駆動バルブについても、その作動状態等を集中的に検査したり、監視したりしうるようにした制御システムが考えられている。これは、バルブを開閉駆動するアクチュエータの制御を、通信回線により行うものである。この通信回線は、アクチュエータに設けた弁開閉検出手段における弁開閉度検出部で検出した弁開閉度信号を含む各種制御信号を、所用のネットワークトポロジーを適用して、外部の集中監視制御装置に送信して、集中監視制御装置との間の信号のやり取りを行うネットワーク型の通信システムのことであり、この通信回線によって、複数のアクチュエータを外部から集中的に監視・制御したり、複数の動力駆動バルブの作動状況を集中的に管理したりすることができる。

図４は、所要の通信回線により複数のアクチュエータ１００を集中的に制御する制御システムの概略を示すもので、複数のアクチュエータ１００を中央監視制御するために、個々のアクチュエータ１００の制御部１０１と、外部の集中監視制御装置１０２とを通信回線１０３により連鎖状にループ接続し、個々のアクチュエータ１００と集中監視制御装置１０２との間で通信を行うことにより、各アクチュエータ１００を外部から集中的に監視したり、制御したりすることができる。

アクチュエータ１００の制御部１０１は、弁開閉度検出部を有する弁開閉制御手段(図示略)と、通信インターフェース回路が形成されたプリント基板等からなる伝送ユニットや、通信に係る他の電装品(いずれも図示略)からなる通信制御手段(図示略)とを備えており、従来、通信制御手段は、アクチュエータと一体をなすケーシング１０４内に、その一側面に形成された端子函開口部を介して組み込まれ、端子函開口部をカバー１０５により閉塞することにより、外気と遮断して密封され、アクチュエータとしての防爆指針もクリアされるようになっている。

特開２００５−３０８５４０号公報

上記のアクチュエータ１００のように、通信制御手段がアクチュエータと一体をなすケーシング１０４内に組み込まれていると、次のような問題が発生することがある。
例えば、個々のアクチュエータ１００を定期的に保守点検する場合や、アクチュエータ１００に不具合が生じるなどした際には、弁からアクチュエータ１００を取り外し、工場等に搬入して点検・整備が行われる。この際、通信制御手段がアクチュエータ１００と一体をなすケーシング１０４内に組み込まれていると、通信制御手段も、アクチュエータ１００と共に工場等に搬入されることになるので、ネットワークトポロジーによっては、取り外したアクチュエータ１００の通信制御手段に接続された通信回線１０３の通信制御ループが切断されてしまう。そのため、通信制御手段に接続されている他のアクチュエータや集中監視制御装置１０２との通信が不能となり、複数のアクチュエータ１００を集中的に監視・制御することができなくなるという問題が発生する。

この問題を解消するためには、アクチュエータ１００のケーシング１０４から通信制御手段のみを取り外し、この通信制御手段を他のアクチュエータや集中監視制御装置１０２に接続したまま、通信制御ループを維持した状態で、これを設置現場に残置しておくことが考えられるが、このようにすると、通信制御手段のプリント基板や電子部品等の電装品が外気に晒されて吸湿したり、塵埃が付着したりして、電装品の機能が損なわれるおそれがある。また、吸湿を防止するために、保守点検作業が晴天時のみに制限されるという問題もある。さらに、取り外した通信制御手段の電装品が外気に晒されるので、可燃性の流体を取り扱うプラント等、アクチュエータの設置場所によっては、取り外した通信制御手段を密閉容器に格納して、それを別途防爆指針に適合させる必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、通信制御手段が外気に晒されることなく、密閉状態でアクチュエータ本体より取り外すことができ、かつ通信制御手段を、防爆指針に適合させた状態で設置現場に残置しておくことができるようにしたバルブアクチュエータを提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は、次の各項のようにして解決される。
（１）バルブを電気的に開閉制御し、かつ複数のバルブに個々に取付けられ、通信回線により外部の集中監視制御装置と通信可能なバルブアクチュエータであって、
バルブアクチュエータ本体内に設けられ、所要の駆動動力源によりバルブを開閉させるバルブ開閉機構と、
前記バルブ開閉機構の回転変位量を電気的に検出し、前記バルブの開閉信号として送信可能なバルブ開閉制御手段と、
前記バルブ開閉制御手段に接続されるとともに、複数のバルブアクチュエータ相互間を電気通信回線を介して連鎖状に接続され、前記バルブ開閉制御手段からのバルブの開閉信号を、外部の集中監視制御装置に送信し、複数のバルブアクチュエータを集中監視制御するための通信制御手段とを備え、
前記バルブ開閉制御手段を、前記アクチュエータ本体に設けた第１ケーシング内に密閉状態で収容するとともに、前記通信制御手段を、前記第１ケーシングに着脱可能、かつ第１ケーシングに対して密閉状態となるように取り付けた第２ケーシング内に収容する。

このような構成によると、通信制御手段は、第１ケーシングに着脱可能に取付けた第２ケーシング内に密閉状態で収容されているので、例えば、バルブアクチュエータを定期的に保守点検する場合等において、通信制御手段が収容された第２ケーシングを、第１ケーシングより取外し、通信制御手段を外部の集中監視制御装置や他のバルブアクチュエータに接続したままの状態で、バルブアクチュエータの設置現場に残置しておくことができる。従って、通信制御手段や集中監視制御装置に接続されている他のバルブアクチュエータとの通信が不能となるのが防止されるので、従来のように、複数のバルブアクチュエータを集中的に監視・制御することができなくなるという問題が発生するおそれはなくなる。
また、通信制御手段が外気に晒されることがないので、通信制御手段を構成している電装品が吸湿したり、塵埃が付着したりして、その機能が損なわれるという問題が発生するおそれもない。
さらに、通信制御手段は、第２ケーシング内に密閉して収容されているので、第２ケーシングを、可燃性の流体を取り扱うプラント等に残置しておいても、防爆上の問題が発生することはない。

（２）上記(１)項において、前記第１ケーシングは、その一側部に形成された端子函開口部を閉塞するカバーを備え、このカバーの外側面に、前記第２ケーシングを、ねじにより着脱可能に取付ける。

このような構成によると、第１ケーシングを密閉状態に保持したままの状態で、この第１ケーシングより第２ケーシングを簡単に取り外したり、取り付けたりすることができる。

本発明によると、通信制御手段が外気に晒されることなく、密閉状態でバルブアクチュエータ本体より取り外すことができ、かつ通信手段の部分を、防爆指針に適合させた状態で設置現場に残置しておくことができるようにしたバルブアクチュエータを提供することができる。

本発明のバルブアクチュエータの一実施形態を示す一部切欠き正面図である。 同じく、バルブアクチュエータにおける制御部のケーシングの分解斜視図である。 同じく、第１ケーシングより第２ケーシングを取り外した状態の一部切欠き正面図である。 通信回線により複数のバルブアクチュエータを集中的に制御する制御システムの概略図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、バルブアクチュエータの一部切欠き正面図で、このアクチュエータ１は、各種プラントの流体管に取り付けられるバルブ２の弁体(図示略)を開閉駆動するために、バルブ２の上部に固定して使用されるものである。

本実施形態に係るバルブアクチュエータ１は、バルブ開閉機構(図示略)が内部に収容されるとともに、このバルブ開閉機構を駆動する駆動動力源としての減速機構付き電気モータ(図示略)が外周面に取付けられたアクチュエータ本体３と、前記モータと直交するようにアクチュエータ本体３の外周面に一体的に設けられた制御部４とを備えている。なお、制御部４は、アクチュエータ１をネットワーク回線を介しての制御とは別に、ローカル操作を行う操作部と表示部（図示略）を、その制御部４の部分に密閉構造で内蔵している部所である。

バルブ開閉機構は、モータにより正逆駆動されるウォームと、ウォームにより上下方向の軸線回りに正逆回転させられるウォームホイールと、ウォームホイールの回転により駆動されるステムナットと、ステムナットに螺合することにより昇降させられ、弁体を開閉するステム等(いずれも図示略)を備える公知の機構である。また、アクチュエータ本体３内には、操作ハンドル５により弁体を手動で開閉しうるように、電動と手動とを切り替え可能なクラッチ機構(図示略)が収容されている。なお、バルブ開閉機構やクラッチ機構は、本発明とは直接関係しないので、それらの詳細な説明は省略する。

図１に示すように、アクチュエータ本体３及び制御部４と一体をなすハウジング３ａの側方に突出したケーシング６は、アクチュエータ本体３の、端子函として一体成形され、外側面が開口された円筒形の第１ケーシング７と、この第１ケーシング７の開口面を閉塞する第１カバー８と、第１カバー８の外側面に取付けられ、外側面が開口された円筒形の第２ケーシング９と、この第２ケーシング９の開口面を閉塞する第２カバー１０とを備えている。

ハウジング３ａ内には、バルブ開閉機構を電気的に制御するバルブ開閉制御手段(図示略)が収容されている。このバルブ開閉制御手段は、端子函をなす第１ケーシング７内に、弁体の開閉度を電気的に検出するバルブ開閉度検出部１１を備えている。この実施例のバルブ開閉度検出部１１には、バルブ開閉機構における弁体と直結されて回転するステムナットの回転変位量をメカニカルに検知し、この変位量をデジタル変換することにより、バルブの開閉度信号として後述の伝送ユニット１３に発信する公知のアブソリュート式ロータリエンコーダが用いられている。なお、バルブ開閉度検出部１１より発信される信号には、バルブ開閉制御に係る各制御信号が含まれ、それらの信号は、通信ケーブル１２を介して、後述する伝送ユニット１４に伝達されるようになっている。

第２ケーシング９内には、バルブ開閉度検出部１１に通信ケーブル１２により接続され、バルブ開閉度検出部１１より送信される第１ケーシング７側のバルブ開閉信号等を、図示しない外部の集中監視制御装置に送信する、通信インターフェース回路が形成されたプリント基板１３等からなる伝送ユニット１４や、通信に係る他の電装品(図示略)が収容されている。この伝送ユニット１４は、前述したように、アクチュエータ１の制御をネットワーク回線により行いうるように、他の複数のアクチュエータの伝送ユニット(いずれも図示略)にも、通信回線１５により連鎖状にループ接続されている。なお、伝送ユニット１４等は、本発明に係る通信制御手段に相当する。

図２に示すように、第１ケーシング７における外側端部の外周面には、第１カバー８が固定される３個の被固定用突部１６が、円周方向に等間隔おきに一体的に突設され、各被固定用突部１６には、外側方に開口する雌ねじ孔１７が形成されている。

第１カバー８の外径は、第１ケーシング７内に嵌合可能な寸法とされ、その外周面における軸線方向の中間部には、第１ケーシング７の開口端に当接しうるフランジ部８ａが一体的に形成されている。フランジ部８ａには、第１ケーシング７を各被固定用突部１６に固定するための３個の固定用突部１８が、円周方向に等間隔おきに突設され、各固定用突部１８には、ボルト挿通孔１９が穿設されている。また、第１カバー８の外周面には、第２ケーシング９が固定される３個の被固定用突部２０が、互いに隣接する固定用突部１８、１８間の中間部に位置するように、円周方向に位相をずらして、かつ第１カバー８の外側端からフランジ部８ａの外周面に至る長さの範囲で突設されている。各被固定用突部２０には、外側方に開口する雌ねじ孔２１が形成されている。

第１ケーシング７に第１カバー８を固定するには、第１ケーシング７の開口端部に第１カバー８を嵌合し、第１カバー８の各固定用突部１８のボルト挿通孔１９に外側方より挿入したボルト２２を、第１ケーシング７の各被固定用突部１６の雌ねじ孔１７に螺合して締め付けることにより、第１ケーシング７の外側端部に、第１カバー８が、第１ケーシング７の開口面を閉塞するようにして、着脱可能に固定される。なお、第１ケーシング７は、バルブ開閉度検出部１１を含むバルブ開閉制御手段を収容した後、その開口部を第１カバー８により閉塞した状態で、アクチュエータ１の防爆指針適合を済ませてある。

第２ケーシング９における第１カバー８と対向する側端部の外周面には、第１カバー８の各被固定用突部２０に固定するための３個の固定用突部２３が、円周方向に等間隔おきに突設され、各固定用突部２３には、ボルト挿通孔２４が穿設されている。また、第２ケーシング９の外側端部の外周面には、第２カバー１０が固定される３個の被固定用突部２５が、互いに隣接する固定用突部２３、２３の中間部に位置するように、円周方向に位相をずらして、かつ外側端から外周面の中間部に至る長さの範囲で突設されている。各被固定用突部２５には、外側方に開口する雌ねじ孔２６が穿設されている。

第２ケーシング９を第１カバー８に固定するには、第２ケーシング９の各固定用突部２３のボルト挿通孔２４に外側方より挿入したボルト２２を、第１カバー８の各被固定用突部２０の雌ねじ孔２１に螺合して締め付けることにより、第２ケーシング９は、第１カバー８との対向面同士が互いに当接するようにして、着脱可能に固定されている。

第２カバー１０の外径は、第２ケーシング９内に嵌合可能な寸法とされ、その外周面の中間部には、第２ケーシング９の開口端に当接するフランジ部１０ａが一体的に突設されている。フランジ部１０ａの外周面には、第２ケーシング９の各被固定用突部２５に固定するための３個の固定用突部２７が、円周方向に等間隔おきに突設されている。各固定用突部２７には、ボルト挿通孔２８が穿設されている。

第２ケーシング９に第２カバー１０を固定するには、第２ケーシング９の開口端部に、第２カバー１０を、そのフランジ部１０ａが第２ケーシング９の開口端と当接するまで嵌合したのち、第２カバー１０の各固定用突部２７のボルト挿通孔２８に外側方より挿入したボルト２２を、第２ケーシング９の各被固定用突部２５の雌ねじ孔２６に螺合して締め付けることにより、第２ケーシング９の外側端部に、第２カバー１０が、第２ケーシング９の開口面を閉塞するようにして、着脱可能に固定されている。なお、プリント基板１３や伝送ユニット１４等の電装品を収容し、第２カバー１０により密閉した状態の第２ケーシング９は、第１カバー８に固定した状態(図１に示す状態)で、バルブアクチュエータ１とは別に、第２カバー１０により密閉した第２ケーシング９単体で、防爆指針の適合が済ませられている

以上説明したように、上記実施形態のバルブアクチュエータ１においては、制御部４のケーシング６を、アクチュエータ本体３のハウジング３ａと一体をなす第１ケーシング７と、この第１ケーシング７の開口部を閉塞する第１カバー８に着脱可能に固定された第２ケーシング９とからなるものとし、弁体の開閉信号を外部の集中監視制御装置(図４参照)に送信する、通信制御手段としての伝送ユニット１４を、第１ケーシング７に着脱可能に取付けた第２ケーシング９内に密閉状態で収容してある。

このような構成としたことにより、例えば、アクチュエータ１を定期的に保守点検する場合等において、図３に示すように、伝送ユニット１４が収容された第２ケーシング９を、第１ケーシング７より取外し、伝送ユニット１４を外部の集中監視制御装置や他のバルブアクチュエータに接続したままの状態(図４参照)で、バルブアクチュエータ１の設置現場に残しておくことができる。従って、伝送ユニット１４や集中監視制御装置に接続されている他のバルブアクチュエータとの通信が不能となるのが防止されるので、従来のように、複数のバルブアクチュエータを集中的に監視・制御することができなくなるという問題が発生するおそれはない。

また、伝送ユニット１４は、取り外した第２ケーシング９内に密閉状態で収容され、外気に晒されることもないので、伝送ユニット１４を構成しているプリント基板１３や他の電装品が吸湿したり、塵埃が付着したりして、その機能が損なわれるという問題が発生するおそれもない。

さらに、伝送ユニット１４や他の電装品は、第２ケーシング９内に密閉されて収容されているので、第２ケーシング９を、可燃性の流体を取り扱うプラント等に残置しておいても、防爆上の問題が発生することはない。しかも、伝送ユニット１４等の電装品が収容されている第２ケーシング９を第１ケーシング７に固定した状態で、バルブアクチュエータ１としての防爆検定を予め済ませておくことにより、第２ケーシング９を取り外しても、この第２ケーシング９に対し再度防爆指針適合試験を受ける必要をなくすことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態においては、バルブ開閉機構の駆動動力を電気モータをしているが、圧縮空気等の加圧流体を駆動動力源とした流体式のバルブ開閉機構を用いることもある。

１ バルブアクチュエータ
２ バルブ
３ アクチュエータ本体
３ａ ハウジング
４ 制御部
５ 操作ハンドル
６ ケーシング
７ 第１ケーシング
８ 第１カバー
８ａ フランジ部
９ 第２ケーシング
１０ 第２カバー
１０ａ フランジ部
１１ バルブ開閉度検出部(バルブ開閉制御手段)
１２ 通信ケーブル
１３ プリント基板
１４ 伝送ユニット(通信制御手段)
１５ 通信回線
１６ 被固定用突部
１７ 雌ねじ孔
１８ 固定用突部
１９ ボルト挿通孔
２０ 被固定用突部
２１ 雌ねじ孔
２２ ボルト
２３ 固定用突部
２４ ボルト挿通孔
２５ 被固定用突部
２６ 雌ねじ孔
２７ 固定用突部
２８ ボルト挿通孔

Claims (2)

1. バルブを電気的に開閉制御し、かつ複数のバルブに個々に取付けられ、通信回線により外部の集中監視制御装置と通信可能なバルブアクチュエータであって、
   バルブアクチュエータ本体内に設けられ、所要の駆動動力源によりバルブを開閉させるバルブ開閉機構と、
   前記バルブ開閉機構の回転変位量を電気的に検出し、前記バルブの開閉信号として送信可能なバルブ開閉制御手段と、
   前記バルブ開閉制御手段に接続されるとともに、複数のバルブアクチュエータ相互間を電気通信回線を介して連鎖状に接続され、前記バルブ開閉制御手段からのバルブの開閉信号を、外部の集中監視制御装置に送信し、複数のバルブアクチュエータを集中監視制御するための通信制御手段とを備え、
   前記バルブ開閉制御手段を、前記アクチュエータ本体に設けた第１ケーシング内に密閉状態で収容するとともに、前記通信制御手段を、前記第１ケーシングに着脱可能、かつ第１ケーシングに対して密閉状態となるように取り付けた第２ケーシング内に収容したことを特徴とするバルブアクチュエータ。
2. 前記第１ケーシングは、その一側部に形成された端子函開口部を閉塞するカバーを備え、このカバーの外側面に、前記第２ケーシングを、ねじにより着脱可能に取付けたことを特徴とする請求項１記載のバルブアクチュエータ。