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調節弁の安定性が悪い場合の対処法

2020-09-07View Original

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1)不均衡力の作用方向を変更する方法:安定性解析において、不均衡力がバルブの閉じる方向と同じ向きに作用し、つまりバルブを閉じようとする力となる場合、バルブの安定性は低下する。上記の不均衡な力が作用する状況下でバルブを動作させる場合、その作用方向を変える方法が採用され、通常は流れを遮断するタイプから流れを許すタイプに変更する。これにより、一般的にバルブの安定性の問題は容易に解決できる。 2) バルブ自体の不安定領域での動作を避ける方法 一部のバルブは、その構造上の制約により、ある開度で動作すると安定性が低下する。①二重座弁では、開度が10%未満の場合、上部の球体側で流れが開き、下部の球体側で流れが閉じるため、不安定な問題が生じる。②不平衡力の変化勾配が変動する付近では、その安定性が低くなる。バタフライバルブの場合、交差点は70度前後であり、ダブルシートバルブでは開度80~90%のところにある。このようなバルブに遭遇した場合、不安定領域で動作させると必然的に安定性が低下するため、不安定領域での動作を避ければよい。 3) 安定性の高いバルブに交換する。安定性の高いバルブは不均衡力の変動が小さく、ガイド性に優れている。一般的な球形バルブの中で、スリーブバルブにはこの大きな特徴がある。シングルまたはダブルシートバルブの安定性が悪い場合、セット式シリンダーバルブに交換することで必ず安定性が向上します。 4) スプリングの剛性を高める方法において、アクチュエータが負荷変動によるストロークの影響に抵抗する能力はスプリングの剛性に依存する。剛性が高いほど、ストロークへの影響は小さくなり、バルブの安定性は向上する。ばねの剛性を高めることは、バルブの安定性を向上させるための一般的で簡単な方法です。例えば、20~100KPaの剛性を持つばねを60~180KPaの高剛性ばねに交換するのです。この方法は主にポジショナーを備えたバルブに用いられ、そうでない場合は使用するバルブに別途ポジショナーを取り付ける必要があります。 5) 応答速度を低下させる方法 システムで調節バルブの応答や調節速度があまり速くないことが求められているにもかかわらず、バルブの応答や調節速度が速すぎる場合がある。例えば、流量を微妙に調整する必要があるのに、調節バルブの流量調整の変化幅が大きすぎる場合や、システム自体が既に高速応答型でありながら、バルブの動作を速めるために位置決め装置が取り付けられている場合などは、好ましくない。これによりオーバーシュートや振動などが発生します。これに対しては、応答速度を下げるべきである。方法は以下の通りです:①直線特性を対数特性に変更する;②位置決め装置付きのものは、コンバータやアクチュエータに変更できる。 6) 流れの向きを変えて遮断問題を解決し、サージを除去する方法 2位置式バルブは、遮断性能を高めるために通常、流れ閉鎖型として使用される。液体媒体の場合、流閉型の不均衡力によってバルブコアが圧縮されるため、閉じる方向の力が働き、これを吸引作用とも呼びます。これによりバルブコアの動作速度が速くなり、軽微な水撃が発生し、システムのサージングを引き起こします。上記の現象に対する解決策は、流れの向きを外側に変えるだけで、サージは消滅する。このように、促進作用によってバルブが正常に動作しなくなる問題も、この方法を用いて解決することを検討できる。 7) 流体破壊法を克服する最も典型的なバルブはダブルシートバルブで、流体は中央から流入し、バルブコアは入口に対して垂直に配置され、流体はバルブコアを迂回して上下二つの流れに分かれて流出する。流体の衝撃がバルブコアに作用し、それを出口側に押し付けることで摩擦が生じ、バルブコアとスリーブの案内面が損傷し、動作異常を引き起こす。また、流量が多い場合はバルブコアが曲がったり侵食されたりし、深刻な場合には破断することもある。解決方法:①案内部品の材質硬度を高める;②バルブコアの上下の球部分のサイズを大きくし、太くする;③他のバルブに置き換える。スリーブバルブを使用する場合、流体はスリーブの周囲から流れ込むため、バルブプランジャーへの側方からの押し力が**減少する。 8)流体が生み出す回転力を克服してバルブコアを回転させる方法において、「V」字型の開口部を持つバルブコアでは、媒体の流入が非対称であるため、「V」字型開口部に作用するバルブコアへの接線方向の力が不均一となり、それによって回転力が生じる。特にDN≥100のバルブにおいて顕著である。これにより、バルブとアクチュエータのプッシュロッドの接続が外れる可能性があり、スプリングのないアクチュエータではダイアフラムがねじれる可能性があります。解決策としては、以下のようなものがある:①バルブシートを逆方向に少し回転させて、バルブシートに作用する接線方向の力をバランスさせる;②バルブロッドとプッシュロッドの接続部をさらに固定し、必要であれば回転を防ぐためのクランプを追加する;③「V」字型の開口部を持つバルブシートをピストン型のバルブシートに交換する;④スリーブ式の構造を採用するか、それに変更する;⑤共振によって回転が起きている場合は、共振を解消すれば問題は解決する。 9)バタフライバルブの弁板の摩擦力を調整し、開閉時の振動を克服するために、「O」リング、シールリング、ライニングなどのソフトシールを採用したバタフライバルブでは、バルブが閉じる際にソフトシール部品が変形することで、弁板が適切な位置で閉じられ、弁板全体を覆うことになり、非常に優れた遮断効果が得られる。しかし、バルブを開く際には、アクチュエータがバルブプレートを開くための力を絶えず増加させ、その力がソフトシール部品がバルブプレートに及ぼす摩擦力と等しくなると、バルブプレートが動き出します。一度動き出すと、この摩擦力は急激に減少する。力のバランスを取るためにバルブプレートが激しく開き、この力と、対応する開度における媒体が及ぼす不均衡なトルクとがアクチュエータの開閉トルクとバランスを成したとき、バルブはその開度で停止する。この激しく突然の跳ね上がりによる開度は30~50%にも達し、一連の問題を引き起こすことになる。また、閉止時にはソフトシール部品が大きく変形しやすく、永久的な変形やバルブプレートによる圧壊・引き裂けなどが発生しやすく、寿命に影響を与えます。解決策は、ソフトシール部品によるバルブプレートの起動時の摩擦力を調整することであり、これにより必要な遮断性能が確保されると同時に、バルブが正常に起動するようになる。具体的な方法としては、①過剰な圧入量を調整すること、②リミット機構やアクチュエータの予圧力・出力力を調整することにより、バルブプレートが過度に閉じてしまい開閉が困難になるのを防ぐことがある

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