JPH06102142A - 弁診断方法およびその診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】弁ステムに生じた曲がり量と弁ステムのスラス
トとを、同時に精度よく測る弁診断方法およびその診断
装置を提供するにある。 【構成】ヨークに４個の歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ
₄ を取付け、ヨークの歪量を測る。これらの歪量を、歪
アンプＡ_p1，Ａ_p2，Ａ_p3，Ａ_p4により電気信号に変え
る。これらの電気信号に対し、計算手段としての加減演
算部１０で減算および加算を行う。加減演算部１０の出
力に対し、除算部１１で除算を行なう。そして、例えば
４つの出力信号(a) ，(b) ，(c) ，(d) と歪量(e) を得
る。これらから、弁ステムに生じた曲がりの方向、量お
よび位置と、弁ステムのスラストとを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弁の異常を診断する弁
診断方法およびその診断装置に係り、特に弁ステムに生
じている曲がり量とスラストとを高精度に検出すること
ができる弁診断方法およびその診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、弁ステムのスラストに関する弁診
断方法としては、弁ヨーク部の一点にストレンゲージ等
の歪センサを設け、この歪センサによって弁ヨーク部の
伸縮を検出するようにしたものが一般に知られている。
この弁診断方法は、弁ヨーク部にかかる応力が、弁作動
時の弁ステム部に作用する力によって、弁ステムを支持
する弁ヨーク部に逆向きに作用する力を表わすという性
質を利用したものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の弁診断方法の場
合には、弁ヨーク部に曲がりがあると、弁ステム部のス
ラストを正確に測定できないことが、本発明者等の実験
により確認されている。

【０００４】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、弁ヨーク部に曲がりがある場合でも、正確に
弁ステムに加わる応力を測定することができるととも
に、弁ステムに生じている曲がりの方向・量および位置
を正確に検出することができる弁診断方法およびその診
断装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る弁診断方法
は、前記目的を達成する手段として、弁ヨーク部にかか
る応力を、弁ヨーク部に設けられた少なくとも３個の歪
検出器で検出するとともに、各歪検出器を、弁ステムの
曲がりによって発生するモーメント力に対し互いに消去
し合うように設置し、各歪検出器の出力値に対して加算
・減算・乗算・除算を施すことにより、弁ステムの曲が
りによって発生するモーメント力を弁ステムに対して直
角な面において分離し、弁ステムの曲がりの方向・量お
よび位置を抽出するとともに、各歪検出器の出力値の平
均値から弁ステムのスラストを求める方法である。

【０００６】また、本発明に係る弁診断装置は、前記目
的を達成する手段として、弁ステムの曲がりによって発
生するモーメント力に対して互いに消去し合うように弁
ヨーク部に設けられ、弁ヨーク部にかかる応力を検出す
る少なくとも３個の歪検出器と；各歪検出器の出力に対
して加算・減算・乗算・除算を施す計算手段と；この計
算手段での計算結果に基づき曲がりの方向・量・位置お
よび弁ステムのスラストを求める診断手段とをそれぞれ
備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明に係る弁診断方法においては、弁ヨーク
部に少なくとも３個の歪検出器が、弁ステムの曲がりに
よって発生するモーメント力に対し互いに消去し合うよ
うに設置される。このため、弁ステムに曲がりがあった
場合には、弁ステムの曲がりの方向および量を、その方
向に設置した複数の歪検出器の出力差から求めることが
可能となり、また弁ステムの伸びは、全歪検出器の出力
の平均値から求めることが可能となる。

【０００８】また、本発明に係る弁診断装置において
は、少なくとも３個の歪検出器で測定された弁ヨーク部
にかかる応力に対し、計算手段により加算、減算、乗
算、除算が施される。そして、この計算結果に基づき、
診断手段において、弁ステムの曲がりの方向・量・位置
および弁ステムのスラストが求められる。このため、弁
ステムに生じた曲がり量と弁ステムのスラストとを、同
時にしかも精度よく測定することが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を、図１ないし図
５を参照して説明する。

【００１０】図２および図３は、本発明に係る弁診断装
置により診断されるフランジ形仕切弁を例示するもの
で、図中、符号１は弁座２を有する弁箱（弁ケーシン
グ）であり、この弁箱１内には、弁体３が昇降可能に配
置され、前記弁座２への着離座により、流量を制御でき
るようになっている。

【００１１】弁箱１の上部には、図２および図３に示す
ように、ガスケットシール部を介して弁蓋４が連設され
ており、またこの弁蓋４の上部には、同一形状をなす複
数のヨーク５が連設されている。そして、これらのヨー
ク５の上端部には、ステムナット６が取付けられてい
る。

【００１２】また、弁体３の上端部には、図２および図
３に示すように、バックシート部７を介して弁ステム８
が連設されており、この弁ステム８の弁蓋４貫通部に
は、グランドパッキング９が装着されている。

【００１３】一方、このフランジ形仕切弁を診断する弁
診断装置は、図１に示すように、４個の歪センサＳ₁ ，
Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ を歪検出器として備えられており、こ
れら各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ は、図２および
図３に示すように、弁ヨーク部の歪量を適切に測定する
ことができるよう、各ヨーク５の適所にそれぞれ設置さ
れている。この設置部位の選定については、後に詳述す
る。

【００１４】なお、弁ヨーク部は、弁ステム８に曲がり
がない場合には、各ヨーク５に同じ大きさの歪が生じ、
その歪量は、弁ステム８に加わる応力に対応しているも
のとして、以下説明する。

【００１５】各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ には、
図１に示すように、歪アンプＡ_p1，Ａ_p2，Ａ_p3，Ａ_p4、
を経て計算手段としての加減演算部１０および除算部１
１がそれぞれ接続されており、除算部１１からは、４つ
の信号(a) ，(b) ，(c) ，(d) ，と歪量(e) とが出力さ
れるようになっている。そしてこれらの出力により、弁
ステム８に生じた曲がり量と弁ステム８のスラストと
を、同時にしかも精度よく測定することができるように
なっている。これについては、後に詳述する。

【００１６】加減演算部１０は、図１に示すように、歪
センサＳ₁ と歪センサＳ₂ との差を求める減算器１２、
歪センサＳ₂ と歪センサＳ₄ との差を求める減算器１
３、歪センサＳ₁ と歪センサＳ₃ との差を求める減算器
１４、歪センサＳ₃ と歪センサＳ₄ との差を求める減算
器１５、およびすべての歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ
₄ の和を求める加算器１６から構成されており、また除
算部１１は、各減算器１２，１３，１４，１５の出力を
１／２にする４つの除算器１７，１８，１９，２０と、
加算器１６の出力を１／４にする除算器２１とから構成
されている。

【００１７】次に、本実施例の作用について説明する。

【００１８】歪検出器としての各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，
Ｓ₃ ，Ｓ₄ で検出された歪量は、各歪アンプＡ_p1，
Ａ_p2，Ａ_p3，Ａ_p4により歪量に比例した電気信号に変換
される。図４（ａ），（ｂ）は、これら各歪アンプ
Ａ_p1，Ａ_p2，Ａ_p3，Ａ_p4の出力の一例を示すものであ
る。

【００１９】図４（ａ），（ｂ）は、横軸に弁開度をと
り、縦軸に各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ の歪量を
とって示したものであり、図４（ａ）は、ステム曲がり
のない場合の例を示し、また図４（ｂ）は、図３に二点
鎖線で示すような弁ステム曲がりがある場合の例を示
す。

【００２０】弁ステム曲がりがない場合には、図４
（ａ）に示すように、弁が全閉の状態では流体の流れを
確実に遮断するために、弁ステム８を閉方向に締付けて
いるため、弁ステム８に圧縮応力が作用する。この圧縮
応力により、ヨーク５には、ε₁，ε₂ ，ε₃ ，ε₄ に
対応する歪量が発生する。

【００２１】一方、弁が開き始めた状態から全開になる
までの区間においては、弁ステム８に作用する応力は一
定であり、ヨーク５で検出される歪量も一定となる。そ
して、弁が全開となった状態においては、弁蓋４からの
内部流体のリークを防止することから、弁ステム８のバ
ックシート部７が弁蓋４に押さえつけられるため、弁ス
テム８には、引張り応力が作用する。この引張り応力に
よってヨーク５に発生する歪量は、図４（ａ）のγ₁ ，
γ₂ ，γ₃ ，γ₄ に対応する。

【００２２】このように、弁ステム８に曲がりがない場
合には、各ヨーク５に設置した４個の歪センサＳ₁ ，Ｓ
₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ によって得られる歪量はすべて同一値で
あり、弁ステム８に作用する引張り応力または圧縮応力
に比例した値である。

【００２３】一方、弁ステム８が、図３に二点鎖線で示
すように曲がった場合には、図３に符号Ｆで示すよう
に、弁ステム８の曲がりによってヨーク５にモーメント
力が作用することになる。このため、各歪センサＳ₁ ，
Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ の設置部における歪量は、弁ステム８
に生じる引張り応力または圧縮応力と、弁ステム８の曲
がりによって生じるモーメント力Ｆとが同時に作用する
ことになる。このため、各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，
Ｓ₄ の設置部における歪量は、弁ステム８に作用する引
張り応力または圧縮応力には比例せず、弁ステム８の曲
がりによって生じるモーメント力Ｆの影響を受け、図４
（ｂ）に示すように、各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ
₄ 毎に異なった歪量となる。

【００２４】この場合、各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，
Ｓ₄ の設置部における歪量ε′₁ ，ε′₂ ，ε′₃ ，
ε′₄ は、

【数１】ε′₁ ＝ ζ ＋ ｌ₁

【数２】ε′₂ ＝ ζ ＋ ｌ₂

【数３】ε′₃ ＝ ζ ＋ ｌ₃

【数４】ε′₄ ＝ ζ ＋ ｌ₄ となる。なお前記式において、ζは弁ステム８の圧縮ま
たは引張り応力による歪、ｌ₁ 〜ｌ₄ はステム８の曲が
りに伴なうモーメント力Ｆによる歪である。

【００２５】前記式において、

【数５】ｌ₁ ＋ｌ₂ ＋ｌ₃ ＋ｌ₄ ＝０ を満足するように、すなわちモーメント力Ｆに対して互
いに消去し合うように、各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，
Ｓ₄ を設置し、式１〜式４の式より、図５に示すような
歪量に対する処理を行なうことにより、弁ステム８によ
り作用する締付けや引張りの結果作用する応力に比例し
た歪量(e) は、

【数６】 (e) ＝（ε′₁ ＋ε′₂ ＋ε′₃ ＋ε′₄ )/４ で得ることができる。

【００２６】また、弁ステム８の曲がりによるモーメン
ト力Ｆによる歪は、曲がりの方向に応じてヨーク５に設
置した各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ の出力に、ｌ
₁ ，ｌ₂ ，ｌ₃ ，ｌ₄ の値として含まれるため、曲がり
によるモーメント力Ｆは、内部流体の流れに対して直角
方向の曲がりおよび内部流体の流れ方向の曲がりとし
て、次式で抽出することができる。

【００２７】すなわち、内部流体の流れに直角方向の曲
がりは、

【数７】(c) ＝ （ε′₁ −ε′₃ ）／２ (b) ＝ （ε′₂ −ε′₄ ）／２ また、内部流体の流れ方向の曲がりは、

【数８】(a) ＝ （ε′₁ −ε′₂ ）／２ (d) ＝ （ε′₃ −ε′₄ ）／２ によって抽出することができる。

【００２８】この結果、図５中のξ₁ ，ξ₂ は、それぞ
れ弁全閉状態から全開状態まで作動する間のステム８の
曲がりによって生じるモーメントＦの変化を表わしてい
ることになる。

【００２９】なお、一般には、図５に示すように、弁開
度の変化および全閉または全開等のステム８の状態に伴
ないモーメント力Ｆは変化する。図５に示した例では、
弁開度に対して一様に、弁ステム８の曲がりによって発
生するモーメント力Ｆが変化しているが、曲がりの生じ
ている位置によって、図５中の各出力信号(a) ，(b)，
(c) ，(d) の様子が異なってくる。したがって、この弁
開度にモーメント力Ｆとによって生じる各部位の歪量の
差のパターンから、弁ステム８の曲がりの位置を検出す
ることも可能である。

【００３０】しかして、４個の歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ
₃ ，Ｓ₄ で歪量をそれぞれ検出し、これらの値を加算、
減算、乗算、除算処理して弁の診断を行なうようにして
いるので、弁ステム８に生じた曲がり量および弁ステム
８に発生する応力を、同時にしかも精度よく検出するこ
とができる。

【００３１】ところで、第１実施例においては、歪量お
よび歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ の設置部位は、発
生する応力と歪との関係が同一である場合について説明
したが、各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ を設置でき
る部位は、必ずしもこの条件を満たしているとはいえな
い。

【００３２】図６は、このような場合に適用される本発
明の第２実施例を示すもので、前記第１実施例における
各歪アンプＡ_p1，Ａ_p2，Ａ_p3，Ａ_p4と加減演算部１０と
の間に、各歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ と応力との
関係の差に当たるファクタを掛けるための感度調整器２
２，２３，２４，２５をそれぞれ設けるようにしたもの
である。

【００３３】なお、その他の点については、第１実施例
と同一構成となっており、作用も同一である。

【００３４】しかして、感度調整器２２，２３，２４，
２５を設けることにより、発生する応力と歪との関係が
同一でない部位に歪センサＳ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ を設
置せざるを得ない場合でも、第１実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００３５】なお、両実施例においては、いずれも信号
をアナログ処理する場合について説明したが、例えば各
歪アンプＡ_p1，Ａ_p2，Ａ_p3，Ａ_p4の出力に対し、アナロ
グ／ディジタル変換処理（ＡＤＣ）を施し、それ以降の
処理をパーソナルコンピュータ等の計算機を用いて行な
うようしてもよい。また、歪検出器は弁ヨーク部に必し
も４個設ける必要がなく、少なくとも３個の歪検出器を
弁ヨーク部に設ければよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したうように、本発明に係る弁
診断方法は、少なくとも３個の歪検出器により弁ヨーク
部にかかる応力を検出し、各歪検出器の出力値に対して
加算・減算・乗算・除算を施すことにより、弁ステムの
曲がりによって発生するモーメント力をステムに対し直
角な面において分離し、ステムの曲がり方向・量および
位置を抽出するとともに、各歪検出器の出力値の平均値
からスラストを求めるようにしているので、弁ヨーク部
に曲がりがあった場合でも、弁ステムのスラストを正確
に測定することができるとともに、弁ステムの曲がり方
向・量および位置も、正確に測定することができる。

【００３７】また、本発明に係る弁診断装置は、チョー
ク部に設けた少なくとも３個の歪検出器の出力に対し、
計算手段で加算・減算・乗算・除算を施し、その結果に
基づき、診断手段により曲がりの方向・量・位置および
弁ステムのスラストを求めるようにしているので、ステ
ムに生じた曲がり量と弁ステムのスラストとを、同時に
しかも精度よく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る弁診断装置の一実施例を示す構成
図である。

【図２】図１の装置の歪センサが取付けられたフランジ
形仕切弁を示す断面図である。

【図３】図２を側方から見た弁開時の断面図である。

【図４】（ａ）はステム曲がりがない場合の弁開度変化
に対する各歪センサ出力の変化を示すグラフ、（ｂ）は
ステム曲がりがある場合の同様の変化を示すグラフであ
る。

【図５】図１の４つの信号と歪量の弁開度変化に対する
変化を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例を示す図１相当図である。

【符号の説明】

５ ヨーク ８ ステム １０ 加減演算部 １１ 除算部 １７，１８，１９，２０，２１ 除算器 ２２，２３，２４，２５ 感度調整器 Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ ，Ｓ₄ 歪センサ Ａ_p1，Ａ_p2，Ａ_p3，Ａ_p4 歪アンプ (a) ，(b) ，(c) ，(d) 出力信号 (e) 歪量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 浩昭 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 清水 福三 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 高山 拓治 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁ヨーク部にかかる応力を、弁ヨーク部
   に設けられた少なくとも３個の歪検出器で検出するとと
   もに、各歪検出器を、弁ステムの曲がりによって発生す
   るモーメント力に対し互いに消去し合うように設置し、
   各歪検出器の出力値に対して加算・減算・乗算・除算を
   施すことにより、弁ステムの曲がりによって発生するモ
   ーメント力を弁ステムに対して直角な面において分離
   し、弁ステムの曲がりの方向・量および位置を抽出する
   とともに、各歪検出器の出力値の平均値から弁ステムス
   ラストを求めることを特徴とする弁診断方法。
2. 【請求項２】 弁ステムの曲がりによって発生するモー
   メント力に対して互いに消去し合うように弁ヨーク部に
   設けられ、弁ヨーク部にかかる応力を検出する少なくと
   も３個の歪検出器と、各歪検出器の出力に対して加算・
   減算・乗算・除算を施す計算手段と、この計算手段での
   計算結果に基づき曲がりの方向・量・位置および弁ステ
   ムのスラストを求める診断手段とを備えたことを特徴と
   する弁診断装置。