バルブ駆動装置の種類と特徴（ベアードバルブ）

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バルブ駆動装置とは、バルブを操作し、バルブに接続するための装置です。この装置は、手動、電動、空気圧動、油圧動、またはそれらの組み合わせによる動力源で駆動可能であり、その動作過程はストローク、トルク、または軸方向の推力の大きさによって制御される。バルブ駆動装置の選定は、バルブ駆動装置の種類や性能を十分に理解した上で、バルブの種類、装置の動作仕様、およびバルブが配管や装置上における位置によって決定されます。 現在、我が国には主に2つのバルブ駆動装置の接続規格があり、それぞれGB/T 12222「多回転式バルブ駆動装置の接続」とGB/T 12223「部分回転式バルブ駆動装置の接続」である。これら2つの規格は、それぞれISO 5210およびISO 5211規格を準用している。「多回転バルブ駆動装置の接続」は、主にゲートバルブ、ストップバルブ、チョークバルブ、およびダイアフラムバルブ用の駆動装置とバルブの接続寸法に適用されます。「部分的回転バルブ駆動装置の接続」は、主にボールバルブ、バタフライバルブ、およびコックバルブ用の駆動装置とバルブとの接続寸法に適用されます。 バルブ駆動装置は、動作方式によって直動式と回転式の2種類に分けられる。直動式駆動装置、すなわち多回転バルブ駆動装置は、各種のゲートバルブ、ストップバルブ、スロットルバルブなどに主に適用されます；角行程駆動装置とは、90°の角度だけ回転する部分回転駆動装置で、主に各種のボールバルブやバタフライバルブなどに適用されます。 バルブ駆動装置は、エネルギー源の種類によって、手動式（ハンドル・ハンドル式、スプリングレバー式）、電動式（電磁式、電動機式）、空気圧式（ダイアフラム式、シリンダー式、ブレード式、エアエンジン式、薄膜およびラチェット組み合わせ式）、油圧式（油圧シリンダー式、油圧モーター式）、連動式（電気油圧連動式、空気油圧連動式）など、さまざまな形態に分けられる。 さまざまなタイプのバルブ駆動装置の中で、電動装置が主流を占めており、主に閉回路バルブに使用されている。空気圧装置は近年、防爆が求められる場面で広く利用されており、その中でも薄膜式空気圧装置は主に調節弁に使用されている。液圧式装置は、長距離輸送パイプラインの自然緊急遮断弁や井戸口の噴出防止弁に広く使用されている。手動装置のハンドホイールは、ほとんどが低圧・中圧の遮断弁やゲートバルブに取り付けられている； ハンドルは、高圧および超高圧の遮断弁、ボールバルブ、ノズルなどのバルブに使用されます。 気液連動装置は、主にガスパイプラインや電源のない野外で使用され、その動力源はパイプライン内のガスです。 一、バルブの手動装置 手動で駆動するバルブは、さまざまな運用条件の配管において最も広く使用されている。一つはハンドホイールまたはハンドルで直接駆動し、もう一つはハンドホイールが歯車伝動を介して駆動するものです。 1）ハンドホイールまたはハンドル。一般的に、開閉トルクが小さい場合は、1人またはせいぜい2人の通常の体力でバルブを開閉することができる。通常、ハンドホイールやハンドルの材料には鍛造鋳鉄、ダイカスト鋳鉄、または炭素鋼が使用され、アルミニウム合金やプラスチックを使用する場合もある。 2）衝撃式ハンドホイール。高圧バルブでは、操作トルクを大きくするために、衝撃式のハンドホイールが多く用いられる。衝撃式ハンドホイールは、ハンドホイールとバルブシャフトナットの間に適切な隙間があるため、ハンドホイールが単独で一定の角度だけ回転することができます。バルブを開閉する瞬間にハンドホイールを激しく回すことで、ハンドホイールがバルブシャフトナットに衝撃力を与えます。この衝撃力は通常のハンドホイールの力を上回り、開閉時のトルクを増大させます。 3）歯車伝動手動装置。バルブを1人で操作する際にかなりの力が必要な場合、開閉時に生じる力を軽減するために、通常は歯車やウォームギアを用いる。歯車伝動装置には直歯車伝動とカム歯車伝動がある。歯車の伝動比は通常1：3とされ、バルブや止弁に多く使用されます。歯車伝動にはオープン型の一次歯車伝動とクローズド型の二次歯車伝動があり、現在はクローズド型の二次歯車伝動が多く採用されている。 手動装置の長所と短所
操作方法
長所
・上部にねじ棒駆動機構を取り付ける
　a. 構造がシンプル
　b. コストが低い
短所
　a. 取り付け位置が高く、操作が不便
　b. 上部にスペースが必要

・側面に連杆機構を取り付ける
　a. 操作が容易
　a. 振動時に支持架に高い応力が生じやすい
　b. 支持架が腐食しやすい

・支持架にウォームギア駆動を取り付ける
　a. 完全な密閉性と完全な潤滑が得られる
　b. 駆動装置の高さが増す

手動で緊急停止する際は、ハンドホイールを回すのに必要な総回転数とその時間を考慮する必要がある。
単一の手動駆動による人の手での調整で、コストが安い。
しかし振動により（ハンドル部分が）バルブの内部部品が損傷したり、鋳鉄製の支持架が破断したりすることがある。

二、バルブ用電動装置
バルブ用電動装置は、出力方式によって多回転型（Z型：図1）と部分的回転型（Q型：図2）の2種類がある。前者はゲートバルブ、ストップバルブ、スロットルバルブ、ダイアフラムバルブなどの昇降棒式バルブに使用される；後者は、ボールバルブ、コックバルブ、バタフライバルブなど、90°の範囲で開閉するバルブに使用されます。 バルブ用電動アクチュエータの長所と短所
長所
a. 適用範囲が広く、環境温度の影響を受けない
b. 出力トルクの範囲が広い
c. 制御が容易で、プロセスシステムの自動化に適している
d. 超小型化が可能
e. 機構に自己ロック機能がある
f. 設置・メンテナンス・点検が容易

短所
a. 構造が複雑
b. 機械効率が低く、一般的に25～60％程度
c. 出力回転速度をあまり高くしたり低くしたりできない
d. 電源の電圧や周波数の変動の影響を受けやすい

三、バルブ用空気圧アクチュエータ
バルブ用空気圧アクチュエータは、防爆が求められる場所で広く使用されている。その構造的特徴により、薄膜式空気圧アクチュエータ、シリンダ式空気圧アクチュエータ、揺動式空気圧アクチュエータの3種類に分けられる。さらに、空気圧モータ式の空気圧アクチュエータも存在する。典型的な空気圧装置および空気路システム。 単気筒空気圧装置の構造　長所　a. 構造がシンプル　b. エアソースが容易に入手可能　c. 高い開閉速度を実現できる　d. 高速化装置を取り付けて、開閉速度を必要に応じて調整できる　e. ガスの圧縮性が高く、閉じる際に弾力性がある　短所　a. 油圧装置と比べて構造が大きく、大口径・高圧のバルブには適していない。b.ガスは圧縮性があるため、速度を均一にするのが難しい。四、液圧装置　バルブの液圧装置は、動力源、制御装置、作動機構の3つの主要な部分で構成されている。動力源の役割は、電動または空気圧モーターの有効出力を、液体駆動に用いられる流体力に変換することです。制御部は、圧力制御バルブ、流量制御バルブ、方向制御バルブといった制御バルブ、および電気制御システムで構成されています。アクチュエータには2種類あり、1つはシリンダーアクチュエータで、往復直線運動を実現する；もう一つは油圧モーター駆動式のアクチュエータで、回転運動を実現します。 液圧装置の長所と短所
長所
a. 構造がシンプルでコンパクト、体積も小さい
b. 出力が大きく、駆動が安定して信頼性が高い
c. 低速または高速を容易に実現でき、速度調整が便利
d. 遠隔地からの自動制御が可能
e. 油圧油の粘性により効率が向上し、自己潤滑および防錆機能がある

短所
a. 油温によって油の粘度が変化する
b. 油圧部品や配管が漏れやすい
c. 配管やメンテナンスが不便
d. 信号の各種演算には適していない

五、連動駆動装置
バルブ用の油圧駆動装置は、電動式や空気圧式と組み合わせることで、電気－油圧式や空気－油圧式の連動システムを構成することができる。図9は、配管切断調節システムの気液連動緊急切断弁です。 電液連動式駆動装置の長所と短所
長所
a. 出力が大きい
b. バルブの開閉動作が迅速

短所
a. 価格が高い
b. 構造が複雑

気液連動式駆動装置の長所と短所
長所
a. 構造がコンパクトで、伝達がスムーズ、大きな出力トルクを得られる
b. 現場の使用状況に応じて、最も経済的で適切な動力源を選択できる
c. 定圧オーバーフローバルブにより、最大出力トルクを正確に調整できる
d. スピード調整が容易で、調整範囲が広く、無段階での速度調整が可能
e. 様々な自動制御のニーズに対応できる
f. バルブ駆動システムにアキュムレータを組み合わせることができる

短所
a. 価格が高い
b. 構造が複雑で、信頼性が低い