WO1995014186A1

WO1995014186A1 - Appareil de detection en continu d'une surcharge dans un actionneur de soupape electrique

Info

Publication number: WO1995014186A1
Application number: PCT/JP1993/001704
Authority: WO
Inventors: Susumu Watanabe
Original assignee: Nippon Gear Co., Ltd.
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1995-05-26
Also published as: EP0730114A1; US5836567A; EP0730114B1; EP0730114A4; KR100190354B1; DE69332248T2; KR960706043A; DE69332248D1

Description

明細書

発明の名称

電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置

技術分野

本発明は、発電プラント等において数多く使用されている電動バルブァクチュエータにおける過負荷連続検出装置に関する。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の装置の実施例を備える電動バルブァクチユエータの一部切開斜視図である。

図 2は、図 1におけるバルブステム駆動用ウォームのスラストに基いて、モータのトルクを検出することからなる本発明の装置の要部の拡大縦断面図である。図 3は、図 1におけるバルブステム駆動用ステムナツトのスラストに基いて、モータのトルクを検出することからなる本発明の装置の要部の拡大縦断面図である。 ·

背景技術

発電プラントゃ石油化学プラントにおいては、数多くのバルブが使用されておリ、それらは、駆動装置として、一般に、電動バルブァクチユエータを備えている。

しかしてこの電動バルブァクチユエータには、弁体が異物を嚙み込んで、そのトルクが一定値以上に達した際に、これを検出して駆動源を停止させるためのトルクリミットスィッチが設けられておリ、これによリ、バルブの損傷を回避させるようになっている。

電動バルブァクチユエータにおけるトルク検出手段としては、モータのトルクが設定値に到達したときに作動する単なるオン · オフスィツチが、一般的に使用されてる。

図 1の一部を参照して、従来の電動バルブァクチユエータにおける一般的な過負荷検出装置の概要について述べる。

図 1に示すように、モータ（1 )の回転は、ヘリカルギア（2 ) ( 3 )によって減速され、後位のヘリカルギア（3 )と一体をなすウォーム軸（4 )へ相対回転不能に嵌合した筒状ウォーム（5)を介して、ステムナット（6)と連係されたウォームホイール（7)に伝達される。

ステムナツト（6)のめねじ孔にはバルブステム（8)が螺合されてぉリ、モータ (1 )の回転によリ、バルブステム（8)は昇降させられる。

なおウォーム（5)は、ウォーム軸（4)に切った軸方向のスプライン（9)と嚙合され、ウォーム軸（4)上を軸方向に移動することはできるが、ウォーム軸（4)と相対的に回転することはできないようになっている。

ウォーム（ 5)の前面には、複数の皿ばねを重合してなる圧縮ばね（10)が当接され、モータ（1)のトルクの大きさに対応して、ウォーム（5)がウォーム軸（4)上を移動すると、その移動量に応じて、圧縮ばね（10)は圧縮されて変位する。

この変位量を、トルクスィッチ（11)によリ検出することによって、モータ（1) のトルクを知ることができる。

従って、設定トルクに到達したときに、トルクスィッチ（11)をもってモータ (1)をオン · オフさせるようにしておけば、その過負荷を防止することができる _c 発明が解決しようとする課題

上記したような単なるオン ·オフスィツチ型式のトルク検出手段では、モータのトルクを連続量として検出することはできない。

一方、現場においては、電動ァクチユエータを分解することなく、その機能の健全性を評価したいという強い要請がある。このような要請に応えるためには、トルクを連続的に検出することが不可欠である。

また、高度なバルブ制御を行ったリ、トルクスィッチ自体の健全性の診断を行つたりするためにも、トルクを連続量として検出することが必要である。

しかし、小型化のために、圧縮ばね（10)には予圧をかけておくのが通例であるため、モータ（1)のトルクと、圧縮ばね（10)の変位量との関係には、極端な非線形性がある。

そのため、仮リにトルクスィッチ（11)に代えて、ポテンショメータ等の連続量検出手段を使用しても、モータのトルクを連続量として検出することはできない ₍ なお、前記ウォーム（5)に代えて、またはこれに加えて、ステムナット（6)を, ねじ送リ式に軸方向に変位させるようにし、その変位に基いて、圧縮ばねを圧縮させることにより、モータのトルクを検出するようにしたものもある。しかし、このようにしても、モータのトルクを連続量として検出することができないことには変わリはない。

本発明は、モータのトルクを連続的に検出することにより、その過負荷を防止するように' 装置を提供することを目的としている。

： )開示

上記課題 ¾. ：するための本発明は、モータにょリ、減速伝動機構を介して、バルブステム昇降させるようにした電動バルブァクチユエータにおいて、前記 :伝動機構の少なくとも一部をねじリ送リ型式のものとするとともに、その送りに基づく推力を受ける受圧片を設け、かっこの受圧片に歪みゲージを取付け、前記受圧片の変形に伴う歪みゲージの抵抗変化によって、前記モータのトルクを検出すようにしたことを、本的な特徴としている。

上記ねじ送り型式の減速伝動機は、ウォームとウォームホイールとからなるものと、ナットとそれに螺合され -ステムとからなるものとがある。

換言すると、本発明には、次の 2つの手段がある。

1 . バルブステム駆動用ウォームのスラストによる同ウォームの軸方向の移動に基いて、圧縮ばねを変位させ、その変位量に基いて、トルクを検出するもの。

2 . バルブステム駆動用ステムナツトのスラストによる同ステムナツトの軸方向の移動に基いて、圧縮ばねを変位させ、その変位量に基いて、トルクを検出するもの。

上記 1の手段は、具体的には、バルブステムを昇降させるためのステムナットを回動させるウォームを、モータにより回転させられるウォーム軸に、それと一体的に回転するとともに、その軸方向に移動しうるようにして嵌合し、前記ゥォ一ムの軸方向の変位に基づいて、圧縮ばねを圧縮させ、その変位量にょリ、ゥォームに作用するトルクを検出するようにした電動バルブァクチユエータにおいて, 前記圧縮ばねの圧力を受ける受圧片を、前記ウォームと実質的に一体をなすようにして設けるとともに、この受圧片に歪みゲージを取付け、この受圧片の変形に伴う歪みゲージの抵抗変化によって、前記モータのトルクを検出するようにしたことを特徴としている。

前記圧縮ばねは、複数の皿ばねを重合したものであるのがよい。

前記ウォームをウォーム軸にスプラインをもって、ウォーム軸と一体的に回転するとともに、その軸方向に摺動しうるようにして嵌合するのがよい。

前記押圧片を、ステムナットに係合され、かつウォームによって軸方向に押されるラック付きスリーブに設けるのがよい。

上記 2の手段は、具体的には、バルブを開閉させるためのバルブステムを、モータによリ回転させられるステムナツトに螺合してなる電動ァクチユエ一タにおいて、

前記ステムナツトの軸方向の変位に基づいて、圧縮ばねを圧縮させるようにするとともに、この圧縮力を、歪みゲージを取付けた受圧片をもって受けるようにし、前記受圧片の変形に伴う歪みゲージの抵抗変化によって、前記モータのトルクを検出するようにしたことを特徴としている。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の一実施例を、図面に基いて説明する。

図 1に基いて前述したように" 7モータ（1 )のトルクの大きさに対応して、ゥォーム（5 )が軸方向に移動すると、圧縮ばね（10)は圧縮される。

図 2を参照して具体的に説明する。

ウォーム（5 )の前端外周は、小径部（12)となってぉリ、かつ小径部（12)の前端外周には、おねじ（13)が切られている。

前記小径部（1 2)の後端にボールべァリング（14)を嵌合するとともに、おねじ (13)へ締付リング（15)を螺合することにより、ボールべァリング（14)を固定してある。締付リング（15)は、ノックボルト（16)によって固定されている。

ボールベアリング（14)の外周には、環状ラック（17)付きスリーブ（18)が、前方より嵌合されている。

環状ラック（17)にはピニオン（19)が嚙合し、ピニオン（19)はトルクスィツチ (1 1)と連係されている。

スリーブ（18)の内側前端には、保持筒（20)が嵌合されている。保持筒（20)は、ボールベアリング（14)、ひいてはウォーム（5 )に対するスリーブ（18)の位置を適正に保つ役目をしている。

スリーブ（18)の前端には、求心方向を向く受圧片（21)を介して、同軸をなして前方を向く小径筒部（22)が連設されている。

小径筒部（22)の前端は、ハウジングの前壁（23)を貫通し、小径筒部（22)の突出端に切ったおねじ（24)にナツト（25)を螺合することにより、小径筒部（22)はハウジングの前壁（23)に抜け止めされている。

小径筒部（22)の後端には、前記受圧片（21)の前面基部（内周部）に当接するリング状伝圧片（26)が嵌合されている。伝圧片（26)とハウジングの前壁（23)との間において、小径筒部（22)には、複数の皿ばねを重合してなる圧縮ばね（10)が、やや圧縮状態で嵌合されている。一—

前記受圧片（21)の後面の外周寄リには、前方へ向く環状凹溝（27)が形成され、環状凹溝（27)内には、歪みゲージ（28)が貼着されている。

モータ（1 )を起動した際におけるウォーム（5 )のトルクは、そのねじ山角度に応じた軸方向の分力を発生する。

このウォーム（5 )の軸方向の荷重により、ボールベアリング（14)及び保持筒 (20)を介してスリーブ（18)は前方へ押され、伝圧片（26)により、圧縮ばね（10)は圧縮される。

この圧縮ばね（10)の反力は、伝圧片（26)を介して受圧片（21)の基部によって受けられる。そのため、受圧片（21)には、その外周部が前方へ向かおうとする軸方向の歪みが発生する。

これにより歪みゲージ（ 28 )には、圧縮ばね（ 10)の反力に伴う歪みに対応した抵抗変化が生じることとなる。

この歪みゲージ（28)における抵抗変化を、周知技術である歪みアンプもしくはロードセル等により、トルクを示す電気信号として、連続的に送り出すことがでさる。

以上は、モータのトルクの検出に関するものであるが、バルブ損傷についての予知を行おうとすれば、ァクチユエータの入力軸のトルクの検出のみでは不十分であり、バルブステムに作用するスラストを、連続量として検出することが必要である。バルブステムに作用するスラストについても、モータのトルク検出とほぼ同様の技術的思想により、検出することができる。以下、図 1及び図 3を参照して、これについて説明する。

ステムナット（6 )の上端には、スラストスリーブ（29)が固着されている。スラストスリーブ（29)は、テーパーローラーベアリング（30)を介して、ベアリング力ートリッジ（31)内に、回動自在ではあるが、軸方向に移動できないようにして収容されている。また、ベアリングカートリッジ（31)は、上部ハウジング（32)内に、回動不能、かつ軸方向移動が可能として収容されている。

ベアリングカートリッジ（31)の上端内面のめねじ孔（33)には、スプリングカートリッジ（34)の下端大径筒部（35)が螺合して固着されている。

スプリングカートリッジ（34)の上端に固着したナツト（36)の下面に当接した伝圧片（37)と、上部ハウジング（32)の上面に当接した伝圧片（38)との間には、複数の皿ばねを重合した圧縮ばね（39)が設けられている。

上方の伝圧片（37)の外周部上面は、上部ハウジング（32)の上面に取付けたカバ一（40)の内向段部（41)に当接している。

スプリングカートリッジ（34)の大径筒部（35)の求心側である基部の上面には、上向段部（42)が設けられ、この上向段部（42)に、下方の伝圧片（38)の内周部下面が当接している。

大径筒部（35)の頂壁は受圧片（43)となっておリ、その下面に形成した環状凹溝 (44)の上面に、歪みゲージ（45)が貼着されている。

このような構成において、バルブステム（8 )の作動に必要なスラストが変化すると、ステムナット（6 )の駆動トルクも変化し、ステムナット（6 )には、そのリ一ド角に起因する軸方向荷重が作用することとなる。

この荷重が上向きであると、スラストスリーブ（29)、テーパーローラーベアリング（30)、ベアリングカートリッジ（31)、及ぴスプリングカートリッジ（34)を介して圧縮ばね（39)は圧縮させられる。

前記荷重が下向きの場合には、スラストスリーブ（29)、テーパーローラーベアリング（30)、ベアリングカートリツジ（31)、スプリングカートリッジ（34)及びナット（36)を介して、圧縮ばね（39)は圧縮させられる。いずれの場合にも、圧縮ばね（39)の力にょリ、伝圧片（38)及び上向段部（42)を介して、大径筒部（35)における受圧片（43)は歪み、その歪みは歪みゲージ（45)によリ検出される。

産業上の利用可能性

本発明の実施によリ、つぎのような効果を奏することができる。

( 1 ) 電動ァクチユエータの作動状態を問わず、常時モータのトルクを検出できる。

( 2 ) 検出部がコンパクトであるため、既存のァクチユエータに、主要寸法に影響を与えることなく実装できる。

Claims

請求の範囲

. モータにょリ、減速伝動機構を介して、バルブステムを昇降させるようにした電動バルブァクチユエータにおいて、前記減速伝動機構の少なくとも一部をねじり送リ型式のものとするとともに、その送りに基づく推力を受ける受圧片を設け、かっこの受圧片に歪みゲージを取付け、前記受圧片の変形に伴う歪みゲージの抵抗変化によって、前記モータのトルクを検出するようにしたことを特徴とする電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置。

. ねじリ送り型式の減速伝動機構が、ウォームとウォームホイールとからなる請求項 1記載の電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置。. ねじリ送り型式の減速伝動機構が、ステムナットとそれに螺合されたバルブステムとからなる請求項 1記載の電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置。

. バルブステムを昇降させるためのステムナットを回動させるウォームを、モータにより回転させられるウォーム軸に、それと一体的に回転するとともに、その軸方向に移動しうるようにして嵌合し、前記ウォームの軸方向の変位に基づいて、圧縮ばねを圧縮させ、その変位量により、ウォームに作用するトルクを検出するようにした電動バルブァクチユエータにおいて、

前記圧縮ばねの圧力を受ける受圧片を、前記ウォームと実質的に一体をなすようにして設けるとともに、この受圧片に歪みゲージを取付け、この受圧片の変形に伴う歪みゲージの抵抗変化によって、前記モータのトルクを検出するようにしたことを特徴とする電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出 . 圧縮ばねは、複数の皿ばねを重合したものである請求項 4記載の電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置。

. ウォームをウォーム軸にスプラインをもって、ウォーム軸と一体的に回転するとともに、その軸方向に摺動しうるようにして嵌合してなる請求項 4または 5記載の電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置。

. 前記押圧片を、ステムナットに係合され、かつウォームによって軸方向に押されるラック付きスリーブに設けてなる請求項 4〜 7のいずれかに記載の電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置。

. バルブを開閉させるためのバルブステムを、モータにょリ回転させられるステムナットに螺合してなる電動ァクチユエータにおいて、

前記ステムナツトの軸方向の変位に基づいて、圧縮ばねを圧縮させるようにするとともに、この圧縮力を、歪みゲージを取付けた受圧片をもって受けるようにし、前記受圧片の変形に伴う歪みゲージの抵抗変化によって、前記モータのトルクを検出するようにしたことを特徴とする電動バルブァクチユエータにおける過負荷連続検出装置。