WO2014007047A1 - 流量計機能付き調節弁 - Google Patents

流量計機能付き調節弁 Download PDF

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藤川雄一
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株式会社テイエルブイ
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
    • G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
    • G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
    • G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means

Definitions

  • the present invention relates to a valve that is attached to a steam piping system and adjusts the fluid pressure, flow rate, temperature, humidity, and the like on the secondary side, and particularly relates to a valve that has a flow measurement function.
  • a conventional control valve with a flowmeter function is disclosed in, for example, Patent Document 1. This is because the drive unit is operated based on the operation output signal from the controller and the valve opens to a desired position, thereby controlling the flow rate of the fluid passing through the valve.
  • a pressure detector for detecting the pressure on the secondary side is provided, and an opening degree-Cv value storage unit in which the relationship between the opening degree of the valve and the Cv value is stored in advance in the controller, and the output from the controller
  • a Cv value is obtained from the stored relationship based on the valve opening corresponding to the operation output signal, and the flow rate of the fluid passing through the valve is calculated from the obtained Cv value and the pressure value from the pressure detecting means. It is.
  • the conventional control valve with a flowmeter function uses the pressure value detected by the pressure detector to calculate the flow rate of the fluid passing through the valve from the pressure value and the Cv value.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a control valve with a flowmeter function capable of calculating the flow rate of fluid passing through the valve without using a pressure detector.
  • control valve with a flowmeter function passes through the valve when the drive unit is actuated based on an operation output signal from the controller and the valve opens to a desired position.
  • the control valve for controlling the flow rate of the fluid is provided with temperature detecting means for detecting the temperature of the primary side and the secondary side of the valve, and the relationship between the opening degree of the valve and the Cv value is previously stored in the controller.
  • the opening-Cv value storage unit the temperature-pressure storage unit that stores the relationship between temperature and pressure in advance, and the stored relationship based on the valve opening corresponding to the operation output signal output from the controller
  • a calculation unit for calculating a flow rate passing through the valve from the obtained Cv value and the pressure value from the stored relationship based on the temperature detected by the temperature detecting means and calculating the Cv value from the calculated value. It is characterized by having provided
  • control valve with a flowmeter function which can calculate the flow volume of the fluid which passes a valve without using a pressure detector can be provided.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a control valve with a flow meter function according to an embodiment of the present invention.
  • a flow meter function is added to an air-driven control valve that adjusts the temperature on the secondary side to a desired temperature.
  • the air-driven control valve includes a valve main body portion 2, a drive portion 4, It comprises a controller 6 and an electro-pneumatic valve positioner 18.
  • the valve main body 2 has an inlet 8 and an outlet 10, and both communicate with each other through a valve port 12.
  • the inlet 8 is connected to the primary side pipe 14 and the outlet 10 is connected to the secondary side pipe 16.
  • the controller 6 is connected to the primary surface temperature detector 30 and the secondary surface temperature detector 32.
  • the primary side surface temperature detector 30 can measure the surface temperature of the primary side pipe 14, and the secondary side surface temperature detector 32 can measure the surface temperature of the secondary side pipe 16.
  • the drive unit 4 applies an operating air pressure for driving to the upper surface of the diaphragm 20, and a spring 22 acting in the valve opening direction is provided on the lower surface, and the stem 24 moves up and down by the balance of both forces, and its lower end A valve 34 provided on the valve opening and closing the valve port 12.
  • Reference numeral 28 is a lever that detects the displacement of the stem 24, that is, the valve 34 and transmits it to the valve positioner 18.
  • the controller 6 compares the set temperature with the actually measured temperature output from the secondary surface temperature detector 32, and outputs a valve operation output signal for converging the deviation based on the PID control through the signal line 38.
  • the% opening is converted into a current signal of 4 to 20 mA and sent to the valve positioner 18.
  • the driving air pressure supplied from the controller 6, and is supplied to the upper surface of the diaphragm 20 through the conduit 26. .
  • the computer in the controller 6 stores in advance the relationship between the opening degree of the valve and the Cv value and the relationship between the surface temperature and the pressure that are obtained in advance.
  • the relationship between the surface temperature of the primary side and the secondary side of the valve and the internal saturated water vapor temperature can be obtained in advance, and the relationship between the surface temperature and the pressure can be stored in advance from the relationship between the saturated water vapor temperature and the saturated pressure.
  • the secondary-side surface temperature is detected by the secondary-side surface temperature detector 32 and output to the controller, but the primary-side surface temperature is further detected by the primary-side surface temperature detector 30 and then to the controller 6. Output.
  • the computer in the controller 6 obtains the Cv value from the memory relationship based on the valve opening corresponding to the output operation output signal, and the primary pressure value from the memory relationship based on the input primary surface temperature and secondary surface temperature. And the secondary side pressure value is calculated
  • Q flow rate
  • ⁇ P differential pressure
  • P1 primary pressure
  • P2 secondary pressure.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a control valve with a flow meter function according to another embodiment of the present invention. Note that members corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
  • the internal temperature of the inlet 8 of the valve body 2 is detected by the primary internal temperature detector 40 and the internal temperature of the outlet 10 of the valve body 2 is detected by the secondary internal temperature detector 42. .
  • the controller 6 compares the set temperature with the actually measured temperature output from the secondary side internal temperature detector 42, and outputs a valve operation output signal for converging the deviation based on the PID control via the signal line 38. To the valve positioner 18.
  • the relationship between the opening degree of the valve and the Cv value and the relationship between the internal temperature and the pressure obtained in advance is stored in the computer in the controller 6 in advance.
  • the secondary side internal temperature is detected by the secondary side internal temperature detector 42 and output to the controller, but the primary side internal temperature is further detected by the primary side internal temperature detector 40 to the controller 6. Output.
  • the computer in the controller 6 obtains the Cv value from the memory relationship based on the valve opening corresponding to the output operation output signal, and the primary pressure value from the memory relationship based on the input primary side internal temperature and secondary side internal temperature.
  • the secondary side pressure value is obtained, and the flow rate is calculated from the obtained Cv value and pressure value by the above formula.
  • the apparatus which calculates a flow rate is arbitrary.
  • a calculation function in the controller 6 may be provided on a remotely installed computer (for example, a computer constituting a monitoring system) so that the computer calculates the flow rate.
  • the computer can access an opening degree-Cv value storage unit in which the relationship between the valve opening degree and the Cv value is stored in advance, and a temperature-pressure storage unit in which the relationship between temperature and pressure is stored in advance. Configure as follows.
  • the Cv value is obtained from the relationship between the valve opening and the Cv value, and based on the temperature detected by the temperature detector, A flow value passing through the valve can be calculated from a pressure value obtained from the relationship between temperature and pressure, and the obtained Cv value and pressure value.
  • the process of controlling the flow rate of the fluid passing through the valve and the process of detecting the temperature of the primary side and the secondary side of the valve are provided, and the relationship between the opening degree of the valve and the Cv value and the temperature
  • the Cv value is obtained based on the valve opening corresponding to the controlled variable
  • the pressure value is obtained based on the detected temperature
  • the valve is obtained from the obtained Cv value and the pressure value. Can be calculated.
  • the present invention can be applied to a valve that is attached to a fluid piping system such as steam or compressed air and adjusts the fluid pressure, flow rate, temperature, humidity and the like on the secondary side.
  • a fluid piping system such as steam or compressed air

Abstract

　調節計（６）からの操作出力信号に基いて駆動部（４）が作動して弁（３４）が所望位置に開弁することにより通過する流体の流量を制御する調節弁に、弁（３４）の一次側と二次側の表面温度を検出する表面温度検出手段（３０，３２）をそれぞれ設けると共に、前記調節計（６）に、弁（３４）の開度とＣｖ値の関係を予め記憶せしめた開度－Ｃｖ値記憶部と、表面温度と圧力の関係を予め記憶せしめた表面温度－圧力記憶部と、調節計（６）が出力した前記操作出力信号に対応する弁開度に基づき前記記憶せしめた関係からＣｖ値を求めると共に表面温度検出手段（３０，３２）が検出した表面温度に基づき前記記憶せしめた関係から圧力値を求め該求められたＣｖ値と圧力値とから弁（３４）を通過する流量を演算する演算部と、を設ける。

Description

流量計機能付き調節弁
本発明は蒸気配管系に取り付けて二次側の流体圧力や流量、温度、湿度等を調節する弁に関し、特にその弁に流量測定機能を持たせたものに関する。
従来の流量計機能付き調節弁は、例えば特許文献１に開示されている。これは、調節計からの操作出力信号に基いて駆動部が作動して弁が所望位置に開弁することにより弁を通過する流体の流量を制御する調節弁に、前記弁の一次側と二次側の圧力を検出する圧力検出器をそれぞれ設けると共に、前記調節計に、弁の開度とＣｖ値の関係を予め記憶せしめた開度－Ｃｖ値記憶部と、前記調節計が出力した前記操作出力信号に対応する弁開度に基づき前記記憶せしめた関係からＣｖ値を求め該求められたＣｖ値と前記圧力検出手段からの圧力値とから前記弁を通過する流体の流量を演算するものである。
特開平４－１８１０８２号公報
上記従来の流量計機能付き調節弁は、圧力検出器で検出した圧力値を用いて、この圧力値とＣｖ値とから弁を通過する流体の流量を演算するものである。
本発明が解決しようとする課題は、圧力検出器を用いずに弁を通過する流体の流量を演算することのできる流量計機能付き調節弁を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の流量計機能付き調節弁は、調節計からの操作出力信号に基いて駆動部が作動して弁が所望位置に開弁することにより弁を通過する流体の流量を制御する調節弁に、前記弁の一次側と二次側の温度を検出する温度検出手段をそれぞれ設けると共に、前記調節計に、弁の開度とＣｖ値の関係を予め記憶せしめた開度－Ｃｖ値記憶部と、温度と圧力の関係を予め記憶せしめた温度－圧力記憶部と、前記調節計が出力した前記操作出力信号に対応する弁開度に基づき前記記憶せしめた関係からＣｖ値を求めると共に温度検出手段が検出した温度に基づき前記記憶せしめた関係から圧力値を求め該求められたＣｖ値と圧力値とから前記弁を通過する流量を演算する演算部と、を設けたことを特徴とするものである。
本発明によれば、圧力検出器を用いずに弁を通過する流体の流量を演算することのできる流量計機能付き調節弁を提供できる。
本発明の実施の形態に係わる流量計機能付き調節弁の構成図である。 本発明の別の実施の形態に係わる流量計機能付き調節弁の構成図である。
[第１実施形態]
　以下、本発明の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる流量計機能付き調節弁の構成図である。本実施の形態は二次側の温度を所望の温度に調節する空気駆動式の調節弁に流量計機能を付加したものであり、空気駆動式の調節弁は弁本体部２、駆動部４、調節計６及び電気空気式バルブポジショナ１８から構成される。弁本体部２は入口８、出口１０を有し、両者を弁口１２で連通する。入口８は一次側配管１４に、出口１０は二次側配管１６にそれぞれ接続する。調節計６は一次側表面温度検出器３０および二次側表面温度検出器３２に接続される。一次側表面温度検出器３０は一次側配管１４の表面温度を測定することができ、二次側表面温度検出器３２は二次側配管１６の表面温度を測定することができる。駆動部４はダイヤフラム２０の上面に駆動のための操作空気圧力を作用せしめ、下面には開弁方向に作用するばね２２を設け、その両力の釣り合いによりステム２４が上下へ移動し、その下端に設けられた弁３４が弁口１２を開閉するようになっている。参照番号２８はステム２４、つまり弁３４の変位を検出してバルブポジショナ１８に伝達するレバーである。
調節計６では設定温度と二次側表面温度検出器３２から出力される実測温度が比較され、ＰＩＤ制御に基いてその偏差を収斂する為の弁の操作出力信号を信号線３８にて電気空気式バルブポジショナ１８へ一般的に％開度を４～２０ｍＡの電流信号に変換して送る。電気空気式バルブポジショナ１８では駆動用の空気圧力（供給配管３６）を調節計６から送られてきた操作出力信号に比例した操作空気圧力に変換し、導管２６にてダイヤフラム２０の上面へ供給する。
調節計６内のコンピュータに予め求めた弁の開度とＣｖ値の関係及び表面温度と圧力の関係を予め記憶させる。弁の一次側と二次側の表面温度と内部の飽和水蒸気温度との関係を予め求めておき、飽和水蒸気温度と飽和圧力の関係から表面温度と圧力の関係を予め記憶させることができる。二次側の表面温度を二次側表面温度検出器３２で検出して調節計へ出力しているが、更に一次側の表面温度を一次側表面温度検出器３０で検出して調節計６へ出力する。調節計６内のコンピュータは出力した操作出力信号に対応する弁開度に基づき記憶関係からＣｖ値を求めると共に入力された一次側表面温度及び二次側表面温度に基づき記憶関係から一次側圧力値及び二次側圧力値を求め、この求められたＣｖ値と圧力値とから流量を次式により算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、Ｑ：流量、ΔＰ：差圧、Ｐ１：一次側圧力、Ｐ２：二次側圧力である。
但し、Ｐ２がＰ１／２より小さいときは臨界圧力に達するために次式を用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
[第２実施形態]
本発明の別の実施の形態について、図２を参照して説明する。図２は本発明の別の実施の形態に係わる流量計機能付き調節弁の構成図である。なお、図１に対応する部材には図１と同じ符号を付して説明を省略する。本実施の形態は弁本体部２の入口８の内部温度を一次側内部温度検出器４０で検出するとともに、弁本体部２の出口１０の内部温度を二次側内部温度検出器４２で検出する。
調節計６では設定温度と二次側内部温度検出器４２から出力される実測温度が比較され、ＰＩＤ制御に基いてその偏差を収斂する為の弁の操作出力信号を信号線３８にて電気空気式バルブポジショナ１８へ送る。
調節計６内のコンピュータに予め求めた弁の開度とＣｖ値の関係及び内部温度と圧力の関係を予め記憶させる。二次側の内部温度を二次側内部温度検出器４２で検出して調節計へ出力しているが、更に一次側の内部温度を一次側内部温度検出器４０で検出して調節計６へ出力する。調節計６内のコンピュータは出力した操作出力信号に対応する弁開度に基づき記憶関係からＣｖ値を求めると共に入力された一次側内部温度及び二次側内部温度に基づき記憶関係から一次側圧力値及び二次側圧力値を求め、この求められたＣｖ値と圧力値とから流量を前記式により算出する。
上記図１の実施の形態においては、一次側配管１４と二次側配管１６の表面温度を検出する例について説明したが、一次側配管１４と二次側配管１６の内部温度を検出してもよい。また、上記図２の実施の形態においては、弁本体部２の入口８と出口１０の内部温度を検出する例について説明したが、入口８と出口１０の表面温度を検出してもよい。
[第３実施形態]
上記実施形態においては、流量計機能を付加した調節弁が有する調節計６内のコンピュータにおいて流量を演算する例を説明したが、流量を演算する装置は任意である。例えば、遠隔に設置されたコンピュータ（例えばモニタリングシステムを構成するコンピュータ）上に調節計６内の演算機能を設けて、このコンピュータが流量を演算するようにしてもよい。この場合、このコンピュータが、弁の開度とＣｖ値の関係を予め記憶せしめた開度－Ｃｖ値記憶部と、温度と圧力の関係を予め記憶せしめた温度－圧力記憶部とにそれぞれアクセスできるように構成する。これにより、このコンピュータにおいて、調節計が出力した操作出力信号に対応する弁開度に基づき、弁の開度とＣｖ値との関係からＣｖ値を求め、温度検出器が検出した温度に基づき、温度と圧力との関係から圧力値を求め該求められたＣｖ値と圧力値とから、弁を通過する流量を演算することができる。
このように、弁を通過する流体の流量を制御する工程と、弁の一次側と二次側の温度を検出する工程とを設けておき、弁の開度とＣｖ値との関係および温度と圧力との関係をそれぞれ記憶しておくことにより、制御量に対応する弁開度に基づいてＣｖ値を求め、検出した温度に基づいて圧力値を求め、求めたＣｖ値と圧力値とから弁を通過する流量を演算することができる。
本発明は、蒸気や圧縮空気等の流体配管系に取り付けて、二次側の流体圧力や流量、温度、湿度等を調節する弁に利用することができる。
２　弁本体部
４　駆動部
６　調節計
８　入口
１０　出口
１８　電気空気式バルブポジショナ
３０，３２　表面温度検出器
３４　弁
４０，４２　内部温度検出器

Claims (5)

  1. 調節計からの操作出力信号に基いて駆動部が作動して弁が所望位置に開弁することにより弁を通過する流体の流量を制御する調節弁に、前記弁の一次側と二次側の温度を検出する温度検出手段をそれぞれ設けると共に、前記調節計に、弁の開度とＣｖ値の関係を予め記憶せしめた開度－Ｃｖ値記憶部と、温度と圧力の関係を予め記憶せしめた温度－圧力記憶部と、前記調節計が出力した前記操作出力信号に対応する弁開度に基づき前記記憶せしめた関係からＣｖ値を求めると共に前記温度検出手段が検出した温度に基づき前記記憶せしめた関係から圧力値を求め該求められたＣｖ値と圧力値とから前記弁を通過する流量を演算する演算部と、を設けたことを特徴とする流量計機能付き調節弁。
  2. 前記温度検出手段は、入口が接続される一次側配管および出口が接続される二次側配管のそれぞれの表面温度を検出する表面温度検出器、または、前記一次側配管および前記二次側配管のそれぞれの内部温度を検出する内部温度検出器であることを特徴とする請求項１に記載の流量計機能付き調節弁。
  3. 前記温度検出手段は、前記調節弁の入口および前記調節弁の出口のそれぞれの表面温度を検出する表面温度検出器、または、前記入口および前記出口のそれぞれの内部温度を検出する内部温度検出器であることを特徴とする請求項１に記載の流量計機能付き調節弁。
  4. 調節計からの操作出力信号に基いて駆動部が作動して弁が所望位置に開弁することにより弁を通過する流体の流量を制御する調節弁と、
    前記弁の一次側と二次側の温度を検出する温度検出手段と
    弁の開度とＣｖ値の関係を予め記憶せしめた開度－Ｃｖ値記憶部と、
    温度と圧力の関係を予め記憶せしめた温度－圧力記憶部と、
    前記調節計が出力した前記操作出力信号に対応する弁開度に基づき前記記憶せしめた関係からＣｖ値を求めると共に前記温度検出手段が検出した温度に基づき前記記憶せしめた関係から圧力値を求め該求められたＣｖ値と圧力値とから前記弁を通過する流量を演算する演算部と、
    を含む流量計測システム。
  5. 調節計からの操作出力信号に基いて駆動部が作動して弁が所望位置に開弁することにより弁を通過する流体の流量を制御する弁調整工程と、
    前記弁の一次側と二次側の温度を検出する温度検出工程とを含み、
    弁の開度とＣｖ値の関係を予め記憶せしめた開度－Ｃｖ値記憶部と、温度と圧力の関係を予め記憶せしめた温度－圧力記憶部とにアクセスして、前記調節計が出力した前記操作出力信号に対応する弁開度に基づき前記記憶せしめた関係からＣｖ値を求めると共に前記温度検出工程が検出した温度に基づき前記記憶せしめた関係から圧力値を求め該求められたＣｖ値と圧力値とから前記弁を通過する流量を演算する流量計測方法。
     
     
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