JPS6120721B2 - - Google Patents
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- JPS6120721B2 JPS6120721B2 JP15478180A JP15478180A JPS6120721B2 JP S6120721 B2 JPS6120721 B2 JP S6120721B2 JP 15478180 A JP15478180 A JP 15478180A JP 15478180 A JP15478180 A JP 15478180A JP S6120721 B2 JPS6120721 B2 JP S6120721B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ダイヤフラム弁を作動させるための
電空ポジシヨナを有するアクチユエータに係り、
特に防爆上安全なアクチユエータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an actuator having an electropneumatic positioner for actuating a diaphragm valve.
In particular, it relates to explosion-proof and safe actuators.
過去において主流をなすアクチユエータとして
は、ニユーマチツク(pneumatic)信号すなわち
空気信号によつて動作するものが大半を占めてい
た。したし、この方式のアクチユエータは制御信
号の伝送時間の遅れ等の欠点を有するため、現在
ではほとんど使用されていない。
In the past, most of the mainstream actuators were operated by pneumatic signals, that is, air signals. However, this type of actuator has drawbacks such as a delay in the transmission time of control signals, so it is hardly used at present.
このアクチユエータに代わるものとして、現在
一般産業プラントにおいて用いられているアクチ
ユエータは電気信号によつて動作するものが主流
である。その動力方式には空気圧式、油圧式、電
動機式などがある。なかでも、防爆上の安全対策
が最も必要とされる化学プラントにおいては、90
%以上が電気信号によつて動作する空気圧式のも
ので占められている。 As an alternative to this actuator, actuators currently used in general industrial plants are mainly operated by electrical signals. Power methods include pneumatic, hydraulic, and electric motors. Among these, in chemical plants where explosion-proof safety measures are most required, 90%
More than % are pneumatic types operated by electrical signals.
ここで、電気信号により動作する空気圧式のア
クチユエータの一般的な例を第1図に示す。第1
図において、フオースモータ1の励磁コイル2に
は操作信号としての電気信号(例えば、DC4〜20
〔mA〕)Aが与えられる。この電気信号Aに応じ
てレバー3が動き、レバー3に取付けられたフラ
ツパ4によりノズル5の排出空気量を調整する。 Here, a general example of a pneumatic actuator operated by an electric signal is shown in FIG. 1st
In the figure, the excitation coil 2 of the force motor 1 is supplied with an electric signal as an operation signal (for example, DC 4 to 20
[mA]) A is given. The lever 3 moves in response to this electric signal A, and the amount of air discharged from the nozzle 5 is adjusted by a flapper 4 attached to the lever 3.
一方、パイロツト弁6には圧縮空気(例えば、
圧力1.4〔Kg/cm2〕)Bが供給される。この供給圧
縮空気Bはフラツパ4とノズル5による調整によ
り電気信号Aに対応する操作圧(例えば、0.2〜
1〔Kg/cm2〕)の圧縮空気Cとなつてダイヤフラ
ム弁7のダイヤフラム8に加えられる。この操作
圧により主軸9を介して弁10が開閉される。そ
して主軸9には弁10のストローク調整のための
フイードバツクリンク機構11が接続されてお
り、ストローク調整ピン12、復原レバー13、
復元スプリング14を介してフイードバツクされ
るストローク量とフオースモータ1による指令量
とのバランスで弁開度が決定する。 On the other hand, the pilot valve 6 is supplied with compressed air (for example,
A pressure of 1.4 [Kg/cm 2 ]) B is supplied. This supplied compressed air B is adjusted by the flapper 4 and the nozzle 5 to provide an operating pressure corresponding to the electrical signal A (for example, 0.2~
1 [Kg/cm 2 ]) of compressed air C is added to the diaphragm 8 of the diaphragm valve 7. This operating pressure opens and closes the valve 10 via the main shaft 9. A feedback link mechanism 11 for adjusting the stroke of the valve 10 is connected to the main shaft 9, including a stroke adjustment pin 12, a restoring lever 13,
The valve opening degree is determined by the balance between the stroke amount fed back via the restoring spring 14 and the command amount from the force motor 1.
以上のアクチユエータには、フオースモータ1
を始めとする電気系統が含まれており、これをプ
ラント雰囲気中に露呈させておくことは防爆対策
上避けなければならない。そのため、従来では第
1図に示したダイヤフラム弁およびアクチユエー
タの全体をケーシング内に収納することにより外
気と遮断状態にし、内部を静浄空気で浄化した
り、地中に埋設して排気管のみを地表に出すなど
の対策を講じて、安全性を保持していた。 For the above actuators, force motor 1
The plant contains electrical systems such as the electrical system, and exposing this to the plant atmosphere must be avoided for explosion-proof measures. Therefore, in the past, the diaphragm valve and actuator shown in Figure 1 were housed in their entirety in a casing to isolate them from the outside air, and the inside was purified with still air, or they were buried underground and only the exhaust pipe was removed. Measures were taken to ensure safety, such as bringing it above the ground.
しかしながら、防爆上本質的な安全対策を施す
ためには、誘爆原因となる電気系統を減らす必要
がある。
However, in order to take essential safety measures in terms of explosion protection, it is necessary to reduce the number of electrical systems that can cause explosions.
そこで、本発明は、防爆上本質的に安全であ
り、かつ外乱の影響を受けにくいアクチユエータ
を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an actuator that is essentially safe in terms of explosion protection and is less susceptible to external disturbances.
本発明は、圧縮空気の圧力を制御するパイロツ
ト弁と、このパイロツト弁を駆動するフオースモ
ータとを備えたアクチユエータにおいて、
前記フオースモータの励磁コイルに電力を供給
してフオースモータを駆動する駆動回路と、前記
フオースモータを駆動するための光エネルギを内
部エネルギ密度の低い状態で伝送する光フアイバ
と、その光エネルギを電気エネルギに変換して前
記駆動回路に出力する光電変換器とを備え、
前記励磁コイル、駆動回路および光電変換器は
収納容器内に納められて外部雰囲気から遮断され
ていることを特徴とする。
The present invention provides an actuator that includes a pilot valve that controls the pressure of compressed air and a force motor that drives the pilot valve, which includes: a drive circuit that supplies power to an excitation coil of the force motor to drive the force motor; an optical fiber that transmits light energy with low internal energy density to drive the excitation coil, and a photoelectric converter that converts the light energy into electrical energy and outputs it to the drive circuit. And the photoelectric converter is housed in a storage container and is isolated from the external atmosphere.
本発明は、フオースモータを駆動するエネルギ
の供給も低エネルギの光信号によつて行い、かつ
その光エネルギ伝送系におけるエネルギ密度を低
くすることにより安全性を確保するようにしてい
る。
In the present invention, energy for driving the force motor is supplied by a low-energy optical signal, and safety is ensured by lowering the energy density in the optical energy transmission system.
〔実施例〕
以下本発明を図示する実施例に基づいて詳述す
る。まず、光エネルギによりアクチユエータのフ
オースモータ1を駆動する場合について検討す
る。[Example] The present invention will be described in detail below based on an illustrative example. First, a case will be considered in which the force motor 1 of the actuator is driven by optical energy.
一例として、一般的に用いられる口径50
〔cm〕,流体圧10〔Kg/cm2〕の電気信号によつて動
作する空気圧式ダイヤフラム弁の場合を検討す
る。 As an example, the commonly used caliber 50
[cm] and a fluid pressure of 10 [Kg/cm 2 ]. Consider the case of a pneumatic diaphragm valve operated by an electrical signal.
弁10は動作させるについて主軸9に発生す
る力Fは
F=πD2/4・P〔Kg〕 ……(1)
で表わされる。ここに、D:ダイヤフラム径
〔cm〕,P:接作圧〔Kg/cm2〕である。いま、D=
40〔cm〕(口径50〔cm〕,流体圧10〔Kg/cm2〕の弁
を円滑に制御する場合、一般にはダイヤフラム径
D=40〔cm〕のものが用いられる。)、P=0.2〜
1〔Kg/cm2〕とした場合、力Fは
F=π×402/4(0.2〜1)
=251.2〜1256〔Kg〕
となる。 The force F generated on the main shaft 9 when the valve 10 is operated is expressed as F=πD 2 /4·P [Kg] (1). Here, D: diaphragm diameter [cm], P: contact pressure [Kg/cm 2 ]. Now, D=
40 [cm] (When smoothly controlling a valve with a diameter of 50 [cm] and a fluid pressure of 10 [Kg/cm 2 ], a diaphragm with a diameter of D = 40 [cm] is generally used.), P = 0.2 ~
1 [Kg/cm 2 ], the force F is F=π×40 2 /4 (0.2 to 1) = 251.2 to 1256 [Kg].
フオースモータへの供給電力W〔w〕は
W=I2R〔w〕 ……(2)
で表わされる。ここに、I:コイル2の供給
すべき電流値〔A〕,R:コイル2の巻線抵抗
一般値〔Ω〕である。いま、I=0.004〜0.02
〔A〕,R=250〔Ω〕とすると、電力Wは
W=(0.004)2×250〜(0.02)2×250
=0.004〜0.1〔w〕
となる。 The power W [w] supplied to the force motor is expressed as W=I 2 R [w] (2). Here, I is the current value [A] to be supplied by the coil 2, and R is the general value of the winding resistance of the coil 2 [Ω]. Now, I=0.004~0.02
[A], R = 250 [Ω], the electric power W is as follows: W = (0.004) 2 × 250 to (0.02) 2 × 250 = 0.004 to 0.1 [W].
したがつて、上述の例からもわかるように、ア
クチユエータへの操作信号として光電変換後の電
力が0.004〜0.1〔w〕あれば上例の弁を動作させ
ることができる。 Therefore, as can be seen from the above example, the above valve can be operated if the power after photoelectric conversion is 0.004 to 0.1 [W] as an operation signal to the actuator.
一方、弁を動作させるためのエネルギを全て光
エネルギに依存させた場合を考える。この場合
は、相当膨大なエネルギを必要とする。かかる膨
大なエネルギを伝送するにあたつて、伝送ケーブ
ルが破損した場合には、例えば可燃性雰囲気の中
であつた場合には重大災害が発生する恐れがあ
り、防爆上の安全策とはなり得ない。 On the other hand, consider a case where the energy for operating the valve is entirely dependent on optical energy. In this case, a considerable amount of energy is required. When transmitting such a huge amount of energy, if the transmission cable is damaged, for example in a flammable atmosphere, a serious disaster may occur, so it is not an explosion-proof safety measure. I don't get it.
しかし、前述のように小エネルギであれば、防
爆上きわめて有利であり、かつ電磁ノイズ等の外
乱の影響を受けないという利点もある。 However, as mentioned above, if the energy is small, it is extremely advantageous in terms of explosion protection, and also has the advantage that it is not affected by disturbances such as electromagnetic noise.
次に、具体例について説明する。第2図は本発
明によるアクチユエータの一実施例を示す断面図
である。なお、第2図において第1図と重複する
部分には同一の符号を付し、説明は省略する。 Next, a specific example will be explained. FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the actuator according to the present invention. Note that in FIG. 2, parts that overlap with those in FIG.
フオースモータ1のコイル2は駆動回路15か
ら電力線16を通じて供給される電力により駆動
される。駆動回路15には、光フアイバ17によ
り伝送される光エネルギが光電変換器18により
電気エネルギに変換されて電力供給される。ま
た、駆動回路15には光フアイバ23を通じて駆
動制御用の光制御信号Dが与えられ、この制御信
号Dによりパイロツト弁6の操作圧Cが制御され
る。以上のコイル2は圧力容器19内に、電力線
16は配管20内に、駆動回路15は圧力容器2
1内に、かつ、光電変換器18は圧力容器22内
にそれぞれ収納されて外気から遮断されている。
つまり、電力系統は全て外気から遮断されている
のである。 The coil 2 of the force motor 1 is driven by power supplied from a drive circuit 15 through a power line 16 . The drive circuit 15 is supplied with power by converting optical energy transmitted through the optical fiber 17 into electrical energy by a photoelectric converter 18 . Further, an optical control signal D for drive control is given to the drive circuit 15 through an optical fiber 23, and the operating pressure C of the pilot valve 6 is controlled by this control signal D. The above coil 2 is placed in the pressure vessel 19, the power line 16 is placed in the piping 20, and the drive circuit 15 is placed in the pressure vessel 2.
1 and the photoelectric converter 18 are respectively housed in a pressure vessel 22 and isolated from the outside air.
In other words, the entire power system is cut off from the outside air.
光フアイバ17はその伝送経路中において低エ
ネルギ密度状態にて光エネルギを伝送するよう図
られている。すなわち、第3図,第4図に示すよ
うに複数のフアイバからなる光フアイバの個々の
フアイバを互に離間させた状態で形成されてい
る。このように形成する理由は次の通りである。 Optical fiber 17 is designed to transmit optical energy at a low energy density during its transmission path. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the optical fiber is formed of a plurality of fibers with the individual fibers spaced apart from each other. The reason for forming it in this way is as follows.
つまり、一般に光フアイバ(1本当り)の端部
から放射される光は放射状に発散する(第5
図)。ここに、24はコア、25はグラツドを示
す。しかし、これを互に密着させて束状とした場
合(第6図)、端部に接近した状態では個々のフ
アイバのエネルギが小さいとしてもエネルギが集
中し、光が照射された物が過熱する恐れは充分に
ある。したがつて、個々のフアイバを互に間隔を
置いた状態に位置させれば、その放射エネルギは
発散的となる(第7図)。 In other words, generally the light emitted from the end of an optical fiber (one fiber) diverges radially (the fifth
figure). Here, 24 indicates a core, and 25 indicates a glad. However, when these fibers are brought into close contact with each other to form a bundle (Figure 6), even if the energy of each individual fiber is small, the energy concentrates when the fibers are close to the ends, causing the object irradiated with light to overheat. There is enough fear. Therefore, if the individual fibers are spaced apart from each other, their radiant energy will be divergent (FIG. 7).
かくして、光フアイバ17は第3図または第4
図のように個々のフアイバを間隔保持材(例え
ば、プラスチツク、ゴム、耐熱性フアイバ等)2
6により適当な間隔をもつて配置し、光フアイバ
17内でのエネルギ密度を低くしているのであ
る。なお、第4図は部分的に密着しても光フアイ
バ17全体でみて密着してなければよいという例
である。 Thus, the optical fiber 17 is
Separate the individual fibers with a spacing material (e.g., plastic, rubber, heat-resistant fiber, etc.) 2 as shown.
6, the energy density within the optical fiber 17 is lowered by arranging them at appropriate intervals. Incidentally, FIG. 4 shows an example in which even if the optical fibers 17 are in close contact with each other partially, it is fine as long as the entire optical fiber 17 is not in close contact with each other.
なお、圧力容器19,21,22、配管20は
非磁性材料(例えば、オーステナイト系ステンレ
ス鋼、チタン等)を用いて構成される。また、コ
イル2を覆う圧力容器19に代えて、コイル2全
体をエポキシ樹脂によりモールドし、一体成形と
することにより外気との遮断を図つてもよい。 Note that the pressure vessels 19, 21, 22 and the piping 20 are constructed using non-magnetic materials (for example, austenitic stainless steel, titanium, etc.). Furthermore, instead of the pressure vessel 19 covering the coil 2, the entire coil 2 may be molded with epoxy resin and integrally molded to achieve isolation from the outside air.
次に、第8図に示す例は、第2図に示すアクチ
ユエータにおいてフオースモータ1を電気ピスト
ン27に代え、かつ圧力容器19,21,22、
配管20内をパイロツト弁6に対する圧縮空気供
給配管28に配管29により通じさせたものであ
る。こうすることによつて、コイル2、駆動回路
15、光電変換器17等は供給配管28と同一雰
囲気内に封入されたこととなる。 Next, in the example shown in FIG. 8, the force motor 1 in the actuator shown in FIG. 2 is replaced with an electric piston 27, and the pressure vessels 19, 21, 22,
The inside of the pipe 20 is connected to a compressed air supply pipe 28 to the pilot valve 6 through a pipe 29. By doing so, the coil 2, drive circuit 15, photoelectric converter 17, etc. are sealed in the same atmosphere as the supply pipe 28.
以上の通り本発明によれば、アクチユエータを
動作させるエネルギは光エネルギおよび空気圧で
あり、しかもその光エネルギは低エネルギにて伝
送されるところからケーブル破損等の事故が生じ
ても危険がない。したがつて、防爆上本質的に安
全である。また、光信号はプラントにおいてあり
がちな電磁ノイズの影響を受けることがない。
As described above, according to the present invention, the energy for operating the actuator is optical energy and air pressure, and since the optical energy is transmitted with low energy, there is no danger even if an accident such as cable breakage occurs. Therefore, it is essentially safe in terms of explosion protection. Additionally, the optical signal is not affected by electromagnetic noise that is common in plants.
第1図は従来の電気−空圧式アクチユエータの
一例を示す断面図、第2図は本発明によるアクチ
ユエータの一実施例を示す断面図、第3図,第4
図は光フアイバの構造を示す断面図、第5図〜第
7図はそれぞれ光フアイバの光発散状態を示す説
明図、第8図は他の実施例を示す断面図である。
1……フオースモータ、6……パイロツト弁、
16……駆動回路、17……光フアイバ、18…
…光電変換装置、19……圧力容器、20……配
管、21……圧力容器、22……圧力容器、C…
…供給圧縮空気、D……光制御信号。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a conventional electro-pneumatic actuator, FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of an actuator according to the present invention, and FIGS.
The figure is a sectional view showing the structure of the optical fiber, FIGS. 5 to 7 are explanatory views showing the state of light divergence of the optical fiber, and FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment. 1...Force motor, 6...Pilot valve,
16...Drive circuit, 17...Optical fiber, 18...
...Photoelectric conversion device, 19...Pressure vessel, 20...Piping, 21...Pressure vessel, 22...Pressure vessel, C...
...supply compressed air, D...light control signal.
Claims (1)
このパイロツト弁を駆動するフオースモータとを
備えたアクチユエータにおいて、 前記フオースモータの励磁コイルに電力を供給
してフオースモータを駆動する駆動回路と、前記
フオースモータを駆動するための光エネルギを内
部エネルギ密度の低い状態で伝送する光フアイバ
と、その光エネルギを電気エネルギに変換して前
記駆動回路に出力する光電変換器とを備え、 前記励磁コイル、駆動回路および光電変換器は
収納容器内に納められて外部雰囲気から遮断され
ていることを特徴とするアクチユエータ。 2 収納容器は、パイロツト弁への圧縮空気供給
用配管と通じ、圧縮空気が加えられていることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアクチユ
エータ。 3 光フアイバは、複数本のフアイバの各フアイ
バ相互間に間隔を置くことにより内部エネルギ密
度を低下させてあることを特徴とする特許請求の
範囲第1項たは第2項記載のアクチユエータ。 4 駆動回路は光信号により制御されることを特
徴とする特許請求の範囲第1項,第2項または第
3項記載のアクチユエータ。[Claims] 1. A pilot valve that controls the pressure of compressed air;
An actuator equipped with a force motor that drives the pilot valve includes a drive circuit that supplies power to an excitation coil of the force motor to drive the force motor, and a drive circuit that supplies power to an excitation coil of the force motor to drive the force motor, and a drive circuit that supplies light energy for driving the force motor in a state with a low internal energy density. It includes an optical fiber for transmission, and a photoelectric converter that converts the optical energy into electrical energy and outputs it to the drive circuit, and the excitation coil, drive circuit, and photoelectric converter are housed in a storage container and are isolated from the external atmosphere. An actuator characterized in that it is blocked. 2. The actuator according to claim 1, wherein the storage container communicates with a pipe for supplying compressed air to the pilot valve, and compressed air is added to the storage container. 3. The actuator according to claim 1 or 2, wherein the optical fibers have a reduced internal energy density by spacing each fiber of the plurality of fibers. 4. The actuator according to claim 1, 2, or 3, wherein the drive circuit is controlled by an optical signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15478180A JPS5779301A (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | Actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP15478180A JPS5779301A (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | Actuator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPS5779301A JPS5779301A (en) | 1982-05-18 |
JPS6120721B2 true JPS6120721B2 (en) | 1986-05-23 |
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ID=15591754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15478180A Granted JPS5779301A (en) | 1980-11-04 | 1980-11-04 | Actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5779301A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61256002A (en) * | 1985-05-07 | 1986-11-13 | Yamatake Honeywell Co Ltd | Explosion-proof meter |
JPS6317301U (en) * | 1986-07-18 | 1988-02-04 |
-
1980
- 1980-11-04 JP JP15478180A patent/JPS5779301A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5779301A (en) | 1982-05-18 |
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