電動ボール弁アクチュエータの種類：重要となるトルク定格および制御信号

電動ボール弁アクチュエータの種類：重要となるトルク定格および制御信号

現代のプロセス制御システムの発展により、自動化バルブへの需要は大幅に増加しています。多くの選択肢の中で、 電動ボールバルブ はその信頼性、柔軟性、および複雑なシステムへの統合が容易であるため、最も広く使用されているソリューションの1つとなっています。水処理、HVAC、化学プロセス、発電など、あらゆる分野において、電気アクチュエーターが正確かつ自動化された制御を提供する能力は不可欠です。ただし、適切なバルブを選定するには、アクチュエータータイプ、トルク定格、およびシステム性能を決定する制御信号についての深い理解が必要です。

電動ボールバルブ入門

A バルブ は90度回転するタイプの装置であり、ボールに設けられた穴を回転させることで流体の流れを制御します。穴が流路と一致するとき、バルブは開きます。90度回転させたとき、バルブは閉じます。電気アクチュエーターを取り付けることにより、バルブを手動ではなく自動で制御することが可能となり、遠隔操作やプログラマブルロジックコントローラとの統合、産業用監視システムへの接続が実現します。その結果、最小限のオペレーター操作で、幅広い液体やガスを処理可能な非常に柔軟なバルブが得られます。

The 電動ボールバルブ は、空圧式または油圧式アクチュエーター駆動のバルブとは異なり、通常24V、110V、または220Vの電力を使用してボールを回転させます。これにより、圧縮空気や油圧システムが利用できない施設でも使用可能であり、絞り制御などの用途に対して正確な位置決め制御を提供します。

ボールバルブ用電気アクチュエーターの種類

電気アクチュエータは、さまざまな産業用途に応じて複数の構成で設計されています。最も一般的なタイプはオンオフアクチュエータで、ボールを完全に開いたり完全に閉じたりするように回転させます。これは、中間位置を必要としない遮断および閉止用途に適しています。

もう一つのカテゴリは比例制御アクチュエータで、開閉の間の任意の角度でボールの位置を決めることができます。このようなアクチュエータは流量調節に不可欠であり、流体の量を正確に制御することが重要なプロセス産業で頻繁に使用されます。比例制御アクチュエータは、4～20mAや0～10VDCなどの信号によって制御され、システム要件の変化に動的に対応するように設計されています。

第3種類はフェールセーフアクチュエータであり、電源喪失の際にバルブを予め設定された位置に戻すためのバックアップ機構を備えています。空圧式システムほど一般的ではありませんが、フェールセーフ制御においては、電動アクチュエータがスプリングリターン式の設計やバッテリーのバックアップを備えることで、この機能を実現することがあります。これは、バルブが緊急時に安全な状態に戻る必要がある安全性が重要なシステムにおいて不可欠です。

その他の特殊設計には、高トルクや微細な解像度が必要とされる場合に用いられる多回転アクチュエータや、高度な診断機能、デジタル通信プロトコル、自己較正機能などを内蔵したインテリジェントアクチュエータがあります。

トルク定格の重要性

電動ボールバルブアクチュエーターを選定する際、トルクは最も重要なパラメーターの一つです。トルクとは、流体圧力、摩擦およびシート抵抗に逆らってバルブボールを回転させるために必要な力のことです。アクチュエーターが十分なトルクを提供しない場合、バルブが完全に開閉しなくなり、漏洩や効率低下、さらにはシステムの損傷を引き起こす可能性があります。

必要なトルクは、バルブ径、バルブにかかる圧力差、シート材質の種類、流体の粘度、運転頻度などいくつかの要因によって影響を受けます。例えば、水を使用する低圧アプリケーションで2インチのバルブを動作させるには比較的低いトルクで済みますが、高圧で粘性の高い油を扱う10インチのバルブでは、はるかに強力なアクチュエーターが必要になります。

製造元は通常、各種動作条件下でバルブを操作するために必要なトルクを示すトルク曲線を提供します。エンジニアは、選定したアクチュエーターが最大必要トルクに対して通常25〜30％の安全マージンを上回るトルクを確保するよう、摩耗や温度変化、予期せぬ負荷増加に対応する必要があります。

一方で、過大なアクチュエーターを選定することも避けるべきです。過剰なトルクはバルブのシートやステムを損傷し、耐用年数を短くする可能性があります。適切なトルクのマッチングにより、信頼性の高い動作、メンテナンスの削減、長期的な効率性が確保されます。

制御信号および通信オプション

電動ボールバルブの性能は、アクチュエータータイプやトルクだけでなく、使用する制御信号にも大きく依存します。制御信号により、アクチュエーターは産業用自動化システムとインターフェースを接続し、オペレーターが性能を監視、調整、最適化できるようになります。

最も簡単な制御形式は2位置（オン・オフ）制御です。この方式では、バイナリ信号によってアクチュエータにバルブを完全に開くか完全に閉じかくかを指令します。これは遮断用途で一般的であり、連続的な調整は必要ありません。

調整用途には、4～20 mAや0～10 VDCなどのアナログ信号が広く使用されます。4～20 mAの電流ループは、特に工業環境で人気があり、電気的なノイズに強く、信号の大幅な劣化なしに長距離伝送が可能です。このような信号により、アクチュエータはバルブを中間の任意の位置に調整でき、微細な流量制御が可能になります。

現代のディジタルシステムでは、ModbusやProfibus、Foundation Fieldbusなどの通信プロトコルにより、アクチュエータが制御システムと双方向に通信することが可能になります。これらのプロトコルを使用するインテリジェントアクチュエータは、バルブ位置、モータ温度、トルク出力、異常状態などの診断データを送信できます。これにより、予知保全の能力が向上し、予期せぬ停止時間を短縮することが可能です。

特定の用途においては、ワイヤレス通信も登場しており、配線が現実的でないリモートまたは分散システムに電動ボールバルブを統合できるようになります。この傾向は、特に水道配給ネットワークや環境モニタリング設備で顕著です。

産業アプリケーション

電動ボールバルブの柔軟性により、さまざまな業界で採用されています。HVACシステムでは、冷水および温水の流量を制御し、建物のエネルギー効率を向上させます。水処理施設では、化学薬品の投加や処理水の分配を管理します。化学プラントでは、漏れのない状態を維持しながら腐食性の高い流体を調節します。

発電設備では、冷却水回路や蒸気システム、燃料取扱ラインに使用されています。食品・飲料加工業界では、厳しい衛生基準に適合した状態で流体を衛生的に制御します。医薬品業界では、無菌条件下で正確な流量制御が可能であることから、その性能が活用されています。

各業界では、アクチュエーターの性能、トルク、制御信号に対して特有の要求が求められます。たとえば、HVACシステムではコスト効果と建物管理システムとの互換性が重視される一方で、化学プロセスでは堅牢なトルク性能と耐腐食性材料が求められます。

よくある質問

電動ボール弁で使用されるアクチュエーターの主な種類は何か？

一般的な種類には、単純な開閉動作に使用される開閉式アクチュエーター、精密な流量制御を行う調節式アクチュエーター、バックアップ機能を備えた安全保持式アクチュエーター、高度なデジタル通信機能を持つスマートアクチュエーターがあります。

バルブ選定においてトルク性能が重要なのはなぜですか？

トルク性能は、シート抵抗、流体圧力、摩擦を克服するためにアクチュエーターが十分な動力を持っていることを保証します。小さすぎるアクチュエーターはバルブ操作ができない可能性があり、一方で大きすぎるアクチュエーターは内部部品を破損させるおそれがあります。

調節式アクチュエーターはプロセス制御をどのように向上させますか？

可変式アクチュエータは、全開から全閉の間の任意の角度でボールの位置決めが可能であり、流体の流量を正確に調節できます。4～20mAや0～10VDCなどのアナログ信号に応答し、リアルタイムでの動的な調整を実現します。

ディジタル制御信号がアナログに対して有する利点は何か？

ModbusやProfibusなどのデジタル通信プロトコルにより、双方向通信が可能となり、アクチュエータが診断データを制御システムに戻すことができます。これにより予知保全が可能となり、ダウンタイムの削減やスマートな産業ネットワークでの統合性が向上します。

フェールセーフ機能付きの電動アクチュエータは広く使用されていますか？

空圧式フェールセーフシステムほど一般的ではありませんが、電動アクチュエータにはスプリングリターン式設計や非常用電源を装備して、電源障害時にバルブを安全な位置に戻すことができます。これは安全性が最も重要となるシステムにおいて不可欠です。

電動ボールバルブの恩恵を最も受ける産業はどれですか？

HVAC、水処理、発電、化学プロセス、食品・飲料、医薬品などの分野で使用されています。各分野では、コスト効果、耐腐食性、高精度制御など、異なる機能が重視されます。

エンジニアはどのように適切なトルクのためにアクチュエーターのサイズを選定すべきですか？

エンジニアは、システム条件のもとで必要な最大トルクを計算し、安全マージンとして約25〜30％を加えるべきです。バルブ部品への損傷を防ぐため、過大なサイズ選定は避ける必要があります。

インテリジェントアクチュエーターを使用する利点は何ですか？

インテリジェントアクチュエーターは自己診断機能、リモートキャリブレーション、高度な通信機能を提供します。これによりシステムの信頼性が向上し、手動での点検の必要性が減少します。

電動ボールバルブはワイヤレス制御システムに統合できますか？

はい、特に配線が現実的でない分散型の水道ネットワークや遠隔地の施設において、ワイヤレス通信技術がますます利用されています。

電動玉形弁に適用される保守上の考慮事項はどれですか？

アクチュエーターモーター、トルク設定、電気接続の定期点検が重要です。インテリジェントアクチュエーターの場合、ファームウェアの更新が必要になる場合があり、長期にわたる精度を保証するための定期的な再調整も必要です。