JPH0330035B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラント等に配備され各種流体の流
量制御を行う調節弁に用いられる漏洩検出装置に
関するものであり、特に、調節弁のグランドパツ
キンにおける被制御流体の漏洩を監視することが
できる調節弁の漏洩検出装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第１６図は、トツプガイド型単座調節弁の一般
的な構造を示す断面図である。この調節弁は、プ
ロセス流体（被制御流体）１の流体を制御する本
体部２と、本体部２に弁プラグ３をその軸方向に
往復移動させるダイヤフラム式の操作部４とから
構成されており、さらに、入力信号に応じて弁開
度を調整するポジシヨナ５が付加されている。

本体部２は、上流側通路１０にあるプロセス流
体１が、仕切り壁１１の中央部においてシートリ
ング１２が嵌め込まれた開口部を通つて下流側通
路１３に抜けるように構成されている。そして、
弁プラグ３がガイドリング１４に沿つて上下動す
ることにより、開口部の開度を変化してプロセス
流体１の流量が制御される。弁プラグ３の上部ロ
ツド３ａは、弁軸の一部を成して上蓋１５のプラ
グ挿通孔１６にグランドパツキン１７を介して摺
動自在に挿通されており、該ロツド３ａの上端は
操作部４の弁軸としてステム１８とステムコネク
タ１９を介して連結されている。ステム１８は、
スプリング２０により下方に付勢されると共に、
その上端がダイヤフラム２１に固定されており、
ダイヤフラムケース２２の圧力室２３内の圧力に
応じて上下動する。

圧力室２３の内部圧力が増大すればステム１８
が上方に引き上げられ、ステムコネクタ１９を介
して連結される弁プラグ３を上方に移動して本体
部２に設けられた開口部の弁開度が大きくなる。
逆に、圧力室２３の内部圧力が減少すれば、弁プ
ラグ３が下方に移動して弁開度が小さくなる。

圧力室２３の圧力調整はポジシヨナ５によつて
行われる。このポジシヨナ５は、弁開度を示す信
号を入力端子７から入力し、ステム１８の上下動
に伴つて回動するレバー２４により弁開度を検出
し、その値をフイードバツクして実際の弁開度を
入力信号の指示する弁開度と一致させるべく圧力
室２３の圧力調整を行う。

このような調節弁においては、プラグ挿通孔１
６のシール性を向上させるためにグランドパツキ
ン１７を押圧する押圧部材２５が上蓋１５の上に
設けられており、プラグ挿通孔１６からの被制御
流体１の漏れ防止が図られている。

押圧部材２５としては、弁プラグ３の上部ロツ
ド３ａが貫通する中心孔を有するパツキンホロワ
２６と、このパツキンホロワ２６上に載置された
パツキンフランジ２７と、このパツキンフランジ
２７をパツキンホロワ２６に押しつける複数個の
スタツドボルト２８およびナツト２９とで構成さ
れ、ボルト２８が上蓋１５のねじ孔にねじ込めら
れている。グランドパツキン１７は摩耗等によつ
て次第に弛むため、押圧部材２５の締め直しを適
宜行つて締め付け圧の最適化を図り、必要に応じ
てグランドパツキン１７自体の交換を行つてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、このような調節弁は、プロセス制御
ループ中に直接プロセス流体１を制御するため、
取扱う流体の条件も高温、高圧と苛酷な条件で使
用される場合が多く、弁の不具合発生状況の要因
の１つとしてグランドパツキン１７からのプロセ
ス流体１の漏洩があげられる。

ところが、グランドパツキン１７は、液体の性
質、温度、圧力に応じて選択されているが、可動
部である弁プラグ３の上部ロツド３ａつまり弁軸
のシールであるため、漏れは避けられず、定期的
に点検を行ない、漏れている場合は増し締めをし
ているのが現状である。そのため、グランドパツ
キンからの漏れが発生する前にその漏れを予知
し、事前に保全が行えるような装置の開発が望ま
れていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、弁自体を巡回によつて直接点検するこ
となく、グランドパツキンからの漏洩の発生を常
時監視し得る調節弁の漏洩検出装置を提供しよう
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る漏洩検出装置は、弁本体と、この
弁本体の開口部を閉塞する上蓋と、この上蓋のプ
ラグ挿通孔を挿通する弁軸に連結され前記弁本体
内を流れる被制御流体の流量を制御する弁プラグ
と、前記弁軸とこれを取り囲む前記上蓋のプラグ
挿通孔との間に挿入され被制御流体の漏洩を遮断
するグランドパツキンと、前記上蓋上に配設され
前記グランドパツキンを押圧する押圧部材を備え
た調節弁において、被制御流体の前記グランドパ
ツキン部への浸透や漏洩による該グランドパツキ
ン部の電気的変化を検出する電気検出器と、この
電気検出器から得られる信号に基づき前記グラン
ドパツキンの漏洩の有無を判定しその検出値が基
準値を越えたときに警報信号を出力する判定手段
を具備するものである。

また、本発明の別の発明に係る漏洩検出装置
は、上記のものにおいて、電気検出器を、グラン
ドパツキン部に生じる誘電率の変化を静電容量の
変化として検出する静電容量検出器から構成した
ものである。

さらに、本発明の別の発明に係る漏洩検出装置
は、上記のものにおいて、電気検出器を、グラン
ドパツキン部の浸透や漏洩による抵抗率の変化
を、少くともそのグランドパツキン部の上面、底
面間の抵抗値の変化として検出する抵抗検出器か
ら構成したものである。

〔作用〕

したがつて、本発明においては、グランドパツ
キンから被制御流体の漏れが発生して、その値が
あらかじめ設定された基準値を越えると、警報を
発しその漏洩を知ることができる。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。本実施例のポジシヨナ５および調節弁６は
それぞれ第１４図に示す一般的なポジシヨナ５お
よび調節弁と同一のものであり、ポジシヨナ５に
ついてはその内部基本構成を明らかにし、調節弁
６については要部をシンボル化して表示してあ
る。

まず、ポジシヨナ５の基本構成とその動作を踏
まえながら説明する。ポジシヨナ５は、入力装置
５０、制御演算装置５１、空気圧出力装置５２お
よび弁リフト検出装置５３により構成されてい
る。空気圧出力装置５２は、制御演算装置３１か
らの空気圧制御信号に基づいて出力空気圧を増
加、減少あるいは保持する機能を有しており、そ
の出力空気は操作部４の圧力室（空気室）２３に
導かれている。したがつて、出力空気圧が増加す
れば弁開度が増大し、出力空気圧が減少すれば弁
開度も小さくなる。

入力装置５０は、コントローラ（図示せず）か
ら直流電流値の変化として与えられる入力信号Ｉ
を制御演算装置５１に入力可能なように電圧値に
変換する装置である。この入力信号の電流値は通
常４〜20mAの値を取り、その内容は目標値とし
ての弁開度が示されている。弁リフト検出装置３
３は、ポテンシヨンメータあるいはロータリーエ
ンコーダ等により構成されるものであり、弁リフ
トに伴つて変化するレバー２４の回動角度から弁
開度を検出し、これを電気信号に変換して出力す
るものである。

制御演算装置５１は、入力装置５０からの目標
弁開度と弁リフト検出装置５３からの測定弁開度
とを比較し、その偏差が零に近づくように空気圧
出力装置５２に対して空気圧制御信号を出力す
る。すなわち、「目標弁開度＞測定弁開度」の関
係にあれば、出力空気圧を増大させる空気圧制御
信号を出力し、「目標弁開度＜測定弁開度」の関
係にあれば、出力空気圧を減少させる空気圧制御
信号を出力し、「目標弁開度＝測定弁開度」の関
係にあれば、出力空気圧を保持する空気圧制御信
号を出力する。

このように構成されたポジシヨナ５によつて、
調節弁６の弁開度は入力信号から与えられる目標
値としての弁開度に常に追従することになる。

つぎに、漏洩検出装置５４について説明する。
漏洩検出装置５４は、静電容量検出器５５、比較
装置５６、設定器５７および警報装置５８から構
成されている。

ここで、静電容量検出器５５は、上蓋１５のプ
ラグ挿通孔１６を挿通する弁プラグ３の上部ロツ
ド３ａつまり弁軸３ａとこれを取り囲むプラグ挿
通孔１６との間に挿入されるグランドパツキン１
７の浸透や漏洩による静電容量を検出するもので
あり、その原理を次に説明する。

一般に、誘電体を対向する平板状電極間にはさ
んだ構造の静電容量Ｃは、次式で表わされる。

Ｃ＝εS／ｄ …(1) ただし、εは誘電率、Ｓは対向電極の面積、ｄ
は電極間距離である。

一方、調節弁のグランドパツキンに用いられて
いるNBR（ニトリルブタジエンゴム）等のゴム材
料の誘電率は一般に３〜12の値をもつが、グラン
ドパツキンに水分が浸透した場合には、ゴム材料
の誘電率は水の誘電率に近づく。それ故、静電容
量検出器５５は、弁本体２によつて流量制御され
るプロセス流体１がグランドパツキン１７部に漏
出した場合、そのグランドパツキン部に生じる誘
電率の変化を静電容量の変化として検出するよう
にしたものである。

すなわち、弁軸３ａと上蓋１５のプラグ挿通孔
１６間に挿入するグランドパツキン１７を、対向
する平板状の上部電極および下部電極ではさんだ
対向電極型としたとき、電気的等価回路は第２図
のようになり、その静電容量Ｃは、上記(1)式で表
わされる。ただし、第２図中、３０は上部電極、
３１は下部電極であり、上蓋１５はアース接地さ
れ、筐体による静電シールドとして働く。したが
つて、正常時にグランドパツキン１７の誘電率ε
が３〜12程度であるが、水が浸透した場合はその
εが最大で80程度になり、静電容量Ｃは正常時の
6.5〜25倍もの大きさに変化することになる。

一方、対向電極型の構造では、グランドパツキ
ンの径年変化による変質または特性劣化のためε
が変化し、Ｃが変化したり、あるいは環境変化に
対しεが変化し、Ｃが変化したり、グランドパツ
キン効果を維持するための増し締めによりｄが変
化して、Ｃが変化することがありうる。

これに対処するためには、対向電極型にさらに
中央電極を設けた構造が有効であり、その等価回
路を第３図に示す。すなわち、上部電極３０と中
央電極３２間の静電容量と、下部電極３１と中央
電極３２間の静電容量とを差動的に測定できる構
造になつている。

今、グランドパツキン１７に浸透が予想される
流体がその下側にあるとすると、水が浸透する前
の静電容量は、上部、下部共に等しくなるが、浸
透がはじまると、下部のみが、 C₁＝ε₁S／ｄ …(2) ただし、ε₁＝₁ε＋Δε となる。また、パツキン自体の変化によつてεが
変化した場合には上部、下部共に変化するので、
浸透による静電容量の変化とは容易に区別でき
る。さらに、浸透の度合を詳して見るために、中
央電極３２を上下方向に２つに分割した構造も有
効である。その等価回路を第４図に示す。なお、
第４図において、上部電極３０と下部電極３１間
の距離をｄ、上部電極３０と第１の中央電極３２
_１間、下部電極３１と第２の中央電極３２₂間の距
離をそれぞれd₁，d₂とすると、d₁，d₂≪ｄ，C₁，
C₂≫Ｃの関係にある。

また、上述した対向電極型の他に、非対向型、
例えば同軸円筒型のものも使用できる。この同軸
円筒の静電容量Ｃは、一般に次式で表わされる。

Ｃ＝2πε／logｂ／ａ …(3) ただし、ａは内円筒の外半径、ｂは外円筒の内
半径である。

しかして、グランドパツキン１７で取り囲まれ
る弁軸３ａを内側電極３３とし、その筐体となる
上蓋１５を外側電極３４とした同軸円筒型構造に
すれば、電気的等価回路は第５図のようになる。
そして、その静電容量Ｃは、上記(3)式から求ま
り、水の浸透に対するＣの変化は上述と同様であ
る。ただし、このとき弁軸３ａは、絶縁体のステ
ムコネクタ１９や絶縁体のパツキンフランジ２７
等を介して上蓋１５とは絶縁されている。

また、外側筐体（上蓋１５）側に複数の電極３
４₁，３４₂を設け、複数の静電容量を測定できる
ようにすることによつて、前述した第３図と同様
に同相ノイズ除去の手段を提供できる。その等価
回路を第６図に示す。

第７図〜第１０図は前述した第３図の等価回路
における具体的な構成を示すものであり、第７図
はその電極配置を、第８図、第９図および第１０
図はそれぞれ下部電極３１、中央電極３２および
上部電極３０の取出し構造を示す。なお、ここで
は、各電極にリング状の導電性ゴムを用いてい
る。これらの図において、下部電極３１は第８図
に示すように、グランドパツキン１７の下底面側
のパツキンリング４８に配設されており、中央電
極３２は第９図に示すように、グランドパツキン
１７の中間位置のランタンリング４９に配設され
ている。そして、これら下部電極３１，中央電極
３２からリード線３５を上蓋１５の外側に取り出
すために、上蓋１５側面から同軸型のコネクタ３
６₁，３６₂を端子組立体として挿入すると共に、
導電性ゴムからなる各電極３１，３２にピン３７
_１，３７₂を突きさす構造を取り、上蓋１５とは絶
縁を取りながら、外部端子に電気的な接続を得て
いる。また、上部電極３０は、第１０図に示すよ
うに、グランドパツキン１７の上面側のパツキン
ホロワ２６に配設されるものであり、この電極３
０からリード線３５を上蓋１５の外側に取り出す
には、上記と同様に、パツキンフランジ２７上面
から同軸型のコネクタ３６₀を挿入し、その電極
３０にピン３７₀を突きさす構造を取ればよい。
図中、３８ははんだ付部、３９は熱収縮チユー
ブ、４０はハーメチツクシール部、４１はオーリ
ングであり、第９図においてピン４７₂の破線は、
グランドパツキン１７を増し締めしたときにたわ
む状態を示している。なお、端子組立体は、同軸
型コネクタの代わりにハーメチツクシールを用い
てもよく、変形自在である。

しかして、上蓋１５の外側から取り出された各
リード線３５を静電容量検出器５５に接続すれ
ば、この検出器５５は、プロセス流体１の浸透や
漏洩に応じたグランドパツキン１７部の誘電率の
変化による上部電極３０と中央電極３２間の静電
容量と、下部電極３１と中央電極３２間の静電容
量とを差動的に検出し、その静電容量値を電流値
または電圧値として変換したうえ、比較装置５６
に入力する。すると、比較装置５６は、静電容量
検出器５５から出力される検出値とあらかじめ設
定器５７に設定された正常時の基準値とを比較
し、その検出値が基準値を越えると、異常信号を
漏洩警報信号として警報装置５８に出力する。こ
れにより、警報装置５８は、比較装置５６からの
異常信号によつて警報を発し、グランドパツキン
１７からのプロセス流体１の漏洩を報知すると共
に、予知することができる。このとき、比較装置
５６から出力する異常信号を警報装置５８を介し
てポジシヨナ５の制御演算装置５１に送出するこ
とによつて、該制御演算装置３１は、その異常信
号に基づいて空気圧出力装置５２に対して調節弁
６の弁開度を固定、すなわち保持あるいは閉塞な
どの適確な制御を行うことにより、プラントの事
故を未然に防ぐことができる。

第１１図は本発明の別の実施例を示すブロツク
図であり、本実施例が第１図の実施例のものと異
なることは、静電容量検出器５５に代えて、抵抗
検出器５９を設けたことである。

ここで、抵抗検出器５９の原理について説明す
る。

一般に、抵抗体を対向する平板状電極間にはさ
んだ構造の抵抗値Ｒは、次式で表わされる。

Ｒ＝ρ・ｄ／Ｓ …(4) ただし、ρは抵抗材料の抵抗率〔Ω・cm〕、Ｓ
は対向電極の面積、ｄは電極間の距離である。

しかして、弁軸３ａとこれを取り囲む上蓋１５
のプラグ挿通孔１６との間に挿入されたグランド
パツキン１７を、対向する上部電極６１と下部電
極６２ではさんだ対向電極型構造としたとき、こ
の構造の電気的等価回路は、第１２図のようにな
り、抵抗値Ｒは上記(4)式により求まる。そのた
め、抵抗検出器５９は、これを利用して流量制御
される流体がグランドパツキン１７部に漏出した
とき、該グランドパツキン部に流体が浸透し抵抗
率が変化することを、グランドパツキン１７の上
下両面間の抵抗値の変化として検出できるように
したものである。

このとき、調節弁のグランドパツキンに用いら
れるNBR等のゴム材料の抵抗率は、一般的に
10¹⁰〜10¹⁵〔Ω・cm〕の値をもつが、グランドパ
ツキンにプロセス流体が浸透した場合には、ゴム
材料の抵抗率はその流体の抵抗率に近づく。因
に、グランドパツキン材料をNBRにし、電極材
料を導電性ゴム、例えばBR（ブタジエンゴム）
系のEBR−50にして、電極面積を１cm²、電極間
距離を１cmとすると、その初期抵抗はＲ＝10¹⁶
〔Ω〕、水道水100％浸透時の抵抗はＲ＝10〔KΩ〕
となる。このとき、電極の抵抗はγ＝40〔Ω〕と
なり、無視できる。

一方、上記対向電極型の構造では、グランドパ
ツキン１７の経年変化による変質または特性劣化
のため抵抗値が変化したり、環境に対してρが変
化し抵抗値が変化したり、グランドパツキン効果
を維持するための増し締めにより距離ｄが変化
し、抵抗値が変化することがありうる。

これに対処するためには、第１３図の等価回路
のように、上部電極６１と第１の中間電極６３間
の上部抵抗値と、下部電極６２と第２の中間電極
６３間の下部抵抗値の両方を測定できるようにし
ておけばよい。

なお、グランドパツキンに対する上部電極、下
部電極、中間電極等の各電極の配置構造および各
電極を上蓋の外部へ取り出す電極取り出し構造
は、上述した第７図および第８図〜第１０図とそ
れぞれ同様であり、その詳細は省略する。また、
各電極は対向型に限らず、中間電極と上蓋あるい
は弁軸とも同電にとること等、非対向型とするこ
ともできる。

しかして、かかる抵抗検出器５９は、グランド
パツキン１７の上、下電極６１，６２間の抵抗値
を電圧値等に変換した後、この信号を比較装置５
６に入力することにより、この比較装置５６にお
いて上述した実施例と同様に、抵抗検出器５９か
ら出力される検出信号に基いてグランドパツキン
１７の漏洩の有無を監視することができる。

第１４図は本発明のさらに別の実施例を示す構
成図である。本実施例は、第１５に示すように、
グランドパツキン１７は、プロセス流体の浸透に
より絶縁抵抗が変化する絶縁抵抗検出用パツキン
７１を用い、その変化をポジシヨナ５内の信号処
理部で予め設定した基準値と比較し、それを越え
たとき漏洩警報信号ALを出力して警報を発する
ように構成したものである。

このような構成においても、上記実施例と同様
の効果が得られる。

なお、本実施例の調節弁はトツプガイド型単座
調節弁の場合であつたが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、各種型の調節弁に適用できる
ものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る調節弁の漏洩
検出装置によれば、被制御流体のグランドパツキ
ン部への浸透や漏洩による該グランドパツキン部
の静電容量あるいは抵抗などの電気的変化を検出
し、その検出値に基づいてグランドパツキンの漏
洩の有無を自動的に監視することにより、被制御
流体の漏洩が予知できるので、定期点検が不要に
なる。また、悪臭の洩れによる公害防止、素性流
体の洩れによる危険防止が図れると共に、漏洩に
よるプラント全体のエネルギー浪費を防ぐことに
より運転コストを低減できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図〜第６図は第１図の静電容量検出器の検出
動作に供する各電極構造の等価回路図、第７図は
第１図の実施例におけるグランドパツキン部分の
詳細断面図、第８図〜第１０図はそれぞれ第１図
の各電極詳細図、第１１図は本発明の別の実施例
を示すブロツク図、第１２図および第１３図は第
１１図の抵抗検出器の検出動作に供する各電極構
造の等価回路図、第１４図および第１５図は本発
明のさらに実施例を示す構成図、第１６図は一般
的な調節弁の構造を示す断面図である。 ３……弁プラグ、３ａ……上部ロツド（弁軸）、
１５……上蓋、１６……プラグ挿通孔、１７……
グランドパツキン、５……ポジシヨナ、５５……
静電容量検出器、５６……比較装置、５７……設
定器、５８……警報装置、５９……抵抗検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弁本体と、この弁本体の開口部を閉塞する上
   蓋と、この上蓋のプラグ挿通孔を挿通する弁軸に
   連結され前記弁本体内を流れる被制御流体の流量
   を制御する弁プラグと、前記弁軸とこれを取り囲
   む前記上蓋のプラグ挿通孔との間に挿入され被制
   御流体の漏洩を遮断するグランドパツキンと、前
   記上蓋上に配設され前記グランドパツキンを押圧
   する押圧部材とを備えた調節弁において、被制御
   流体の前記グランドパツキン部への浸透や漏洩に
   よる該グランドパツキン部の電気的変化を検出す
   る電気検出器と、この電気検出器から得られる信
   号に基づき前記グランドパツキンの漏洩の有無を
   判定しその検出値が基準値を越えたときに警報信
   号を出力する判定手段を具備することを特徴とす
   る調節弁の漏洩検出装置。 ２ 弁本体と、この弁本体の開口部を閉塞する上
   蓋と、この上蓋のプラグ挿通孔を挿通する弁軸に
   連結され前記弁本体内を流れる被制御流体の流量
   を制御する弁プラグと、前記弁軸とこれを取り囲
   む前記上蓋のプラグ挿通孔との間に挿入され被制
   御流体の漏洩を遮断するグランドパツキンと、前
   記上蓋上に配置され前記グランドパツキンを押圧
   する押圧部材とを備えた調節弁において、被制御
   流体の前記グランドパツキン部への浸透や漏洩に
   よる該グランドパツキン部の電気的変化を検出す
   る電気検出器と、この電気検出器から得られる信
   号に基づき前記グランドパツキンの漏洩の有無を
   判定しその検出値が基準値を越えたときに警報信
   号を出力する判定手段を具備し、前記電気検出器
   は、前記グランドパツキン部に生じる誘電率の変
   化を静電容量の変化として検出する静電容量検出
   器から成ることを特徴とする調節弁の漏洩検出装
   置。 ３ 弁本体と、この弁本体の開口部を閉塞する上
   蓋と、この上蓋のプラグ挿通孔を挿通する弁軸に
   連結され前記弁本体内を流れる被制御流体の流量
   を制御する弁プラグと、前記弁軸とこれを取り囲
   む前記上蓋のプラグ挿通孔との間に挿入され被制
   御流体の漏洩を遮断するグランドパツキンと、前
   記上蓋上に配設され前記グランドパツキンを押圧
   する押圧部材とを備えた調節弁において、被制御
   流体の前記グランドパツキン部への浸透や漏洩に
   よる該グランドパツキン部の電気的変化を検出す
   る電気検出器と、この電気検出器から得られる信
   号に基づき前記グランドパツキンの漏洩の有無を
   判定しその検出値が基準値を越えたときに警報信
   号を出力する判定手段を具備し、前記電気検出器
   は、前記グランドパツキン部の浸透や漏洩による
   抵抗率の変化を、少くともそのグランドパツキン
   部の上面、底面間の抵抗値の変化として検出する
   抵抗検出器から成ることを特徴とする調節弁の漏
   洩検出装置。