JPH01121733A

JPH01121733A - 調節弁の診断装置

Info

Publication number: JPH01121733A
Application number: JP62280184A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Saito; 猛斉藤; Takeshi Suguro; 勝呂　武; Toshio Endo; 遠藤　俊夫
Original assignee: NIPPON BEELES- KK
Current assignee: NIPPON BEELES- KK
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1989-05-15
Also published as: JPH0465332B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、蒸気原動所等における高圧波体の圧力、流量
を調整するに好適なＩＩＩ！Ｉ弁の診断装置に関する。

［従来の技術］従来、調節弁は、入口流路および出口流路ならびに弁室
を備えるケーシングと、ケーシングの弁室内に形成され
る弁座と、ケーシングに移動可能に支持されて弁体を備
える弁棒と、弁体が弁座に対して接離するように弁棒を
駆動し、弁開度を調節する電動モータとを有して構成さ
れている。

ところで、従来の電動調節弁用アクチュエータにあって
は、モータ軸と弁棒とを連結するトルク伝達経路の中間
部にモータトルクを検出する機械的なトルクリミットス
イッチを設け、もしくは電動モータを制御するサーボア
ンプ内にモータトルク制御電流を制限するためのトルク
電流制限回路を備えている。すなわち、上記電動調節弁
にあっては弁締込み時や弁中間開度における異常噛込み
時等にモータが停動トルクを発生すると過大な弁棒スラ
スト力を生ずることになるため、上記ドルクリミー／　
）スイッチまたはトルク電流制限回路によりモータの出
力トルクを制限し、これにより弁、および動力伝達経路
等を上記過大なスラスト力から保護することとしている
。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記従来の電動調節弁にあっては、モー
タ軸と弁棒とを連結するトルク伝達経路の中間部にトル
クリミットスイッチを設け、もしくはサーボアンプ内に
トルク電流制限回路を備えるものであるから、弁棒スラ
スト力の検出精度が悪く誤作動も多い、また、トルク電
流制限回路は、モータ電流により間接的に弁棒スラスト
力を推定するものであるから、弁棒スラスト力の検出精
度がさらに悪い。

また、トルクリミットスイッチやトルク電流制限回路の
機能は調節弁の弁棒に作用するモータのトルクをスラス
ト力に換算し、モータに予め定められた一定値以上のト
ルクが発生した時のみモータの出力トルクを制限するよ
うに作動するものであり、弁使用状態における弁棒スラ
スト力の変化を連続的に検出するものでない、したがっ
てトルクリミットスイッチやトルク電流制限回路の異常
動作時には、弁例の状況を適確に判断することが非常に
困難であり多大な費用と労力にてその都度弁本体を分解
し異常の有無を点検調査することとなる。なお、−度の
弁本体の分解点検にはその系統の流体除去や強制冷却の
必要もあり、これに関わる経費とエネルギーの損失は莫
大なものとなる。

本発明は、弁棒に加わるスラスト力を弁使用状態下で高
精度かつ連続的に検出し、弁本体の現在の稼動状態が正
常か異常かを適確かつ容易に診断することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段１本発明は、入口流路および出口流路ならびに弁室を備え
るケーシングと、ケーシングの弁室内に形成される弁座
と、ケーシングに移動可能に支持されて弁体を備える弁
棒と、弁体が弁座に対して接離するように弁棒を駆動し
、弁開度を調節する駆動装置とを有してなる調節弁の診
断装置であって、弁棒にスラスト力検出器を設け、弁使
用時におけるスラスト力検出器の検出結果に基づいて弁
の異常の有無を診断する診断器を有してなるようにした
ものである。

［作用］本発明によれば、スラスト力検出器が弁棒に設けられる
から、いかなる弁開度の使用状態下においても、弁棒に
実際に作用するスラスト力を高精度かつ連続的に検出で
きる。

また、診断器が上記スラスト力検出器の検出結果に基づ
いて弁の異常の有無を診断するから、弁使用時に流体中
の異物が弁摺動部に噛込んだり、弁摺動部に生じる焼付
、かじり等の不具合を弁棒スラスト力の変化から適確か
つ容易に診断できる。

［実施例］第１図は本発明の一実施例が適用されてなる調節弁を一
部破断して示す正面図、第２図は制御ブロック図、第３
図は第１図の要部を示す断面図。

第４図はスラスト検出系統を示すブロック図である。

調節弁１０は、第１図に示すように、入口流路１１およ
び出口波路１２ならびに弁室１３を備えるケーシング１
４と、ケーシング１４の弁室１３に形成される弁座１５
と、ケーシング１４に移動可能に支持されて弁体１６を
備える弁棒１７とを有している。

さらに、調節弁１０は、駆動装置としてのＡＣサーボモ
ータ（誘導電動機）１８を有している。

モータ１８は、減速装置１９．ボールねじ装置２０を介
して弁棒１７に連結され、弁体１６が弁座１５に対して
接離するように弁棒１７を駆動し、弁開度を３に節する
。減速装置１９は平歯車列を構成するギア２１Ａ〜２１
０からなる。なお、上記減速装置１９にはギア２１Ｅを
介して手動ハンドル２２が連結されている。

なお、弁棒１７は、ボールねじ装！１２０が結合される
上弁棒２３、弁体１６を備える下弁棒２４、上弁棒２３
の下端部に固定されるアダプタ２５、下弁棒２４の上端
部に固定されてアダプタ２５と軸方向に結合するカップ
リング２６の各部に分割されている。

また、調節弁ｌＯは、下弁棒２４の軸方向移動量をリン
ケージを介し伝達され電気信号に変換せしめる差動トラ
ンス方式等からなる開度発信器２７をヨーク２７Ａに備
え、弁開度を検出可能としている。

また、調節弁１０は、エンコーダ２８をモータ１８に備
え、モータ１８の回転量を検出可能としている。

また、調節弁ｌＯは、弁棒１７に作用するスラスト力を
検出するスラスト力検出器２９を備えている。スラスト
力検出器２９は、アダプタ２５に設けた第３図に示す小
径部２５Ａにホイートストンブリッジ状に貼り付けられ
る歪ゲージ３０にて構成される。第４図に示されるよう
に、歪ゲージ３０には電源回路３０Ａが接続され、歪ゲ
ージ３０の出力は増幅器３０Ｂを経て後述するスラスト
力検出器３６に転送される。第３図において、３１は防
水コネクタである。

なお、調節弁１０は、アダプタ２５とカップリング２６
とを弁棒１７の伸長方向には第３図に示す係合部３２Ａ
、３２Ｂにて係合可能とする状態下で、両者の間に皿ば
ね（緩衝装Ｍ）３２を介装している・また、調節弁ｌＯは、電磁ブレーキ（制動装置）３３を
モータ１８に備え、モータ１８の停止制御時における空
転を制動可能としている。

さらに、ｙ４節弁１０は、第２図に示すように。

制御装置１３４を備えるとともに、該制ｗ装置３４に付
帯するトルク判断器３５．スラスト力判断器３６を備え
ている。

制御装置３４は、指令弁開度Ｋｏと開度発信器２７から
転送される現在弁開度Ｋを増幅器３７を介して速度指令
演算回路３８に伝達し、速度指令演算回路３８にて、両
開度の偏差Ｋｅに応じた開速度指令ＯＶ　ｏもしくは閉
速度指令ＣＶ　ｏを演算する。速度指令演算回路３８に
て演算された開閉速度指令ＯＶｅ　、　ＣＶｏはインタ
ーフェイス３９を介してＡＣサーボアンプ４０に伝達さ
れる。

他方、制御装置３４は、エンコーダ２８の出力信号をＡ
Ｃサーボアンプ４０の速度演算回路４１に伝達し、実際
のモータ回転速度Ｖを演算する。

ＡＣサーボアンプ４０は、上記開閉速度指令ＯＶｏ　、
ＣＶｏと実際のモータ回転速度Ｖから速度偏差ｖｅを求
め、トルク指令演算回路４２にて上記偏差ｖｅに応じた
トルク指令Ｉｔｌｔ流値）を演算する。上記トルク指令
Ｉｔはベクトル演算回路４３に伝達され、ベクトル演算
回路４３はモータ１８が上記指令トルクＩｔを出力する
ようニーｔ−−ｐ　ｔ　ｇノを次電流Ｉｔ　　（Ｕ相、
■相、Ｗ相の各電流指令Ｉｕ、Ｉマ、Ｉｗ）をベクトル
制御方式にて演算する。しかして、ＡＣサーボアンプ４
０は、上記１次電流指令Ｉ＋　と電流検出器４４から転
送される現在１次電流Ｉとの電流偏差Ｉｅを求め、給電
制御回路４５にて上記電波偏差ｒｅに応じた電圧指令信
号Ｅｕ、Ｅマ、Ｅｗを３相交流の各相に対応するパワー
トランジスタ４６に供給し、これによりモータ１８を駆
動制御可能とする。

ベクトル演算回路４３においてはトルク指令演算回路４
２にて演算されたトルク指令１１と、速度演算回路４１
により演算されたモータ回転角速度ω厘およびＡｑサー
ボアンプ４０の外部から初期設定値として与えられる励
磁電流指令工ｏを受けて下記（１）〜（４）式の演算を
行ない、これらの演算結果によりさらに下記（５−１）
　、　（５−２）、（５−３）式の演算を行ない演算結
果である各相のｌ次電流指令Ｉｕ、Ｉマ、Ｉｗを出力す
る。

出力周波数　　　　　　　ω０＝ωＳ十―・・・（４）
なお、τは使用するモータのモータ定数である。

１次電流指令１、Ｌ＝１．ｓシフＬ（ω、ｔ＋′ｐ）　　　　、ベト
、）Ｉｖ＝Ｌ　Ｓｉｎ　（ωａｔ＋＊−＋冗ルベ５−５
−２）１　Ｉ＋ｓｔｎ　（ω。ｔ＋Ｐ−７π）・・・（
５−３）すなわち、ベクトル演算回路４３においてはト
ルクＩｔを指令して（１）〜（０式から１次電流の大き
さＩ＋、１次電流の位相角φ、すべり周波数ω論を演算
するとともに実回転速度に応じた各周波数ω鵬を検出し
、ωＳ、ω■、φ、Ｉ＋　　を用いて（Ｓ−ｔ）〜（５
−３）式から３相の１次電流指令Ｉｕ、Ｉマ、！貿を演
算するものである。

また、調節弁１０にあっては、最大許容トルクＴｅａｍ
がインターフェイス５２を介してベクトル演算回路４３
に転送され、これによりモータ１８の最大出力トルクを
規制し、安全かつ確実な起動１Ｍ転を行なうこととして
いる。

また、　５ｔｔｒ弁１０にあっては、前述のトルク判断
器３５に弁締切トルク、弁運転トルク等を記憶させてい
る。トルク判断器３５は、ＡＣサーボアンプ４０にて演
算されるモータ１８の出力トルクを上記記憶データと比
較し、弁締切時、もしくは弁中間開度における異常トル
ク発生時にそれぞれモータ１８を停止させる停止信号Ｓ
ｖを給電制御回路４５に伝達する。

また、調節弁１０にあっては、前述のスラスト力判断器
３６により、弁締切状態下におけるスラスト力検出器２
９の検出結果が弁棒スラスト力の変化を示す時、停止制
御状態にあるモータ１８を再起動し、流体の温度変化に
より弁棒１７に作用する過負荷あるいは低負荷に対抗す
る最適トルクにてモータｌＢを駆動制御する。この時、
スラスト力判断器３６はインターフェイス３９、給電制
御回路４５のそれぞれに再起動信号ＲＶを伝達する。な
お、弁締切状態におけるモータ１８の空転を電磁ブレー
キ３３が制動しているから、スラスト力判断器３６は上
記モータ１８の再起動時に電磁ブレーキ３３を無制動状
態に切換設定する。なお、スラスト力判断器３６は常時
スラスト力検出器２９の検出結果を監視し、これにより
ＡＣサーボアンプ４０の制御回路故障時のバックアップ
機能をも果たし、！１１節弁１Ｏの信頼性、安全性を向
上可能とする。

さらに、調節弁１０は、スラスト力較正および診断器４
７を備えている。スラスト力較正および診断器４７は、
スラスト力検出器２９（歪ゲージ３０と増幅器３０Ｂ）
、およびスラスト力判断器３６の初期化と較正、および
スラスト力の表示を行なう、また、スラスト力較正およ
び診断器４７は、ＡＣサーボアンプ４０が演算するモー
タ１８の出力トルクと、スラスト力検出器２９が検出す
る弁棒スラスト力とを比較し、その比較結果の経時変化
を観察することにより、動力伝達部品の摩耗、劣化等を
推定し、診断する。

ここで、診断器４７は演算回路４７Ａと表示回路４７Ｂ
を備えている。演算回路４７Ａは、開度発信器２７の弁
開度検出信号とスラスト力検出器２９のスラスト力検出
信号を転送され、■調節弁１０の稼動初期段階（例えば
試運転時）における弁開度とスラスト力との関係を基準
データとして記憶するとともに、■調節弁１０の稼動経
過段階における弁開度とスラスト力との関係を実績デー
タとして演算し、■実績データを基準データに対して比
較し、実績データの各弁開度におけるスラスト力が基準
データの対応する弁開度におけるスラスト力に対する許
容範囲外にあることを条件として調節弁１０の異常発生
を診断する。なお、各弁開度における実績スラスト力の
基準スラスト力に対する許容範囲は、予め定められて演
算回路４７Ａのメモリ部に記憶されているものが用いら
れる。また、表示回路４７Ｂは、スラスト力検出器２９
が検出したスラスト力を表示するとともに、演算回路４
７Ａが演算した診断結果を表示する。

また、調節弁１０は、手動／自動運転切換スイッチ４８
を手動側に切換える状態下で、開操作ボタン４９．閉操
作ボタン５０に加える操作により手動開閉できる。なお
、手動運転時の開閉速度は任意に設定できる。

また、調節弁１０は、緊急操作ボタン５１に加える操作
により、自動運転、手動運転のいずれの状態下でも、予
め設定した開／閉方向に駆動できる。緊急運転時の開閉
速度は任意に設定できる。

以下、上記調節弁１０の作動について説明する。

■指令弁開度Ｋｅと現在弁開度にとに偏差がある時、速
度指令演算回路３８にて両開度の偏差Ｋｅおよび該偏差
Ｋｅに応じた開閉速度指令ＯＶｏ　、ＣＶａが演算され
、ＡＣサーボアンプ４０のトルク指令演算回路４２にて
開閉速度指令ＯＶｏ　、　ＣＴｏと実際の開閉速度Ｖと
の偏差Ｗｅに応じたトルク指令Ｉｔが演算され、さらに
ＡＣサーボアンプ４０のベクトル演算回路４３にて上記
トルク指令Ｉｔを出力するに必要なモータ１８の１次電
流１１が演算された後、給電制御回路４５にて上記１次
電流１１が給電されるようにモータ１８が駆動制御され
る。これにより、モータ１８は指令弁開度に・と現在弁
開度にとの偏差が零となるまで弁棒１７を駆動せしめら
れる。

■調節弁ｌＯが中間開度にある状態下で、指令弁開度Ｋ
ｏと現在弁開度にとの偏差が零となる場合には、モータ
１８は弁棒１７に作用するスラスト力に対抗する出力ト
ルクを与えられてその開度を保持する。

■指令弁開度に・が全閉（締切）信号となる場合には、
上記■にて指令弁開度に・と現在弁開度にとの偏差Ｋｅ
が零になるまでモータ１８を駆動制御し、弁締切時にお
けるＡＣサーボアンプ４０の演算トルクが予め定めた締
切トルクに一致したことをトルク判断器３５にて判断し
た後、モータ１８を停止制御し、かつ電磁ブレーキ３３
にてモータ１８の空転を制動する。

■なお、トルク判断器３５は身中間開度での適正運転ト
ルクをも記憶しており、ＡＣサーボアンプ４０の演算ト
ルクが上記記憶データと異なる時に異常トルク発生を検
知してモータ１８を停止制御し、かつ電磁ブレーキ３３
にてモータ１８の空転を制動する。

■また。調節弁１０の締切状態下で、弁棒１７は弁室内
の流体の温度変化により熱膨張す６から、スラスト力判
断器３６はスラスト検出系統２９の検出結果により弁棒
スラスト力の変化を監視し、■弁棒スラスト力が低下し
たらモータ１８を再起動するとともに電磁ブレーキ３３
を無制動として調節弁ｌＯを締込み、■弁棒スラスト力
が増加したらモータ１８を再起動するとともに電磁ブレ
ーキ３３を無制動として調節弁１０の締込みを緩和し、
結果として常に適正なスラスト力を弁棒１７に付与せし
める。

次に、上記実施例の作用について説明する。

上記実施例によれば、スラスト力検出器２９が弁棒１７
に設けられるから、いかなる弁開度の使用状態下におい
ても、弁棒１７に実際に作用するスラスト力を高精度か
つ連続的に検出できる。

また１診断器４７が上記スラスト力検出器２９の検出結
果に基づいて弁の異常の宥無を診断するから、弁使用時
に流体中の異物が弁摺動部に噛込んだり、弁摺動部に生
じる焼付、かじり等の不具合を弁棒スラスト力の変化か
ら適確かつ容易に診断できる。

［発明の効果］以上のように１本発明によれば、弁棒に加わるスラスト
力を弁使用状態下で高精度かつ連続的に検出し、弁本体
の現在の稼動状態が正常か異常かを適確かつ容易に診断
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用されてなる調節弁を一
部破断して示す正面図、第２図は制御ブロック図、第３
ｒＩ！Ｉは第１図の要部を示す断面図、第４図はスラス
ト検出系統を示すブロック図である。１０・・・調節弁、１１・・・入口流路、１２・・・出口流路、１３・・・弁室。１４・・・ケーシング。１５・・・弁座、１６・・・弁体、１７・・・弁棒、１８・・・ＡＣサーボモータ（誘導電動機）、２７・・
・開度発信器。２９・・・スラスト力検出器、４７・・・診断器。代理人　弁理士　　塩　川　修　治＊３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入口流路および出口流路ならびに弁室を備えるケ
ーシングと、ケーシングの弁室内に形成される弁座と、
ケーシングに移動可能に支持されて弁体を備える弁棒と
、弁体が弁座に対して接離するように弁棒を駆動し、弁
開度を調節する駆動装置とを有してなる調節弁の診断装
置であって、弁棒にスラスト力検出器を設け、弁使用時
におけるスラスト力検出器の検出結果に基づいて弁の異
常の有無を診断する診断器を有してなる調節弁の診断装
置。
（２）特許請求の範囲第１項において、診断器はスラス
ト力検出器の検出結果を表示する表示手段を付帯して備
える調節弁の診断装置。
（３）特許請求の範囲第１項において、診断器は、弁の
稼動初期段階における弁開度と上記スラスト力との関係
を基準データとして記憶するとともに、弁の稼動経過段
階における弁開度と上記スラスト力との関係を実績デー
タとして演算し、実績データを基準データに対して比較
し、実績データの各弁開度におけるスラスト力が基準デ
ータの対応する弁開度におけるスラスト力に対する許容
範囲外にあることを条件として弁の異常発生を診断する
調節弁の診断装置。
（４）特許請求の範囲第３項において、診断器は診断結
果を表示する表示手段を付帯して備える調節弁の診断装
置。