HOMECube実感講座>コントロールバルブ夜話
執筆担当者:大庭 丘
【この講座(連載)の特徴】
コントロールバルブは何故空気なのか,計装空気からバルブ/ポジションを巡るトラブルの原因を解き明かします。
【執筆者紹介】

わが国の自動制御始まりのころ魅せられて入門。 今はご隠居気取りだが,論理世界と実世界の接合部のあたり,プロセス制御で言えば,つまりフィールド機器の周辺を興味深く散策している。いろいろな分野を渡り歩いてきた雑学屋。

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前回に続き続き,コントロールバルブを手配するとき,忘れてはならないことを列挙する。
更新日:2007/11/1
このシリーズは,コントロールバルブをメーカーに発注して使用する側の方々が,折に触れて遭遇するであろう片々たることごとを,一話ずつ,2年以上に亘って,だらだらと書き述べてきた。 余りに各編が断片的なので,総体が見えなくなっては困ると思い,コントロールバルブを手配する場合に,考えるべきことを「目次のように並べて」備忘録のように総括してみる。
更新日:2007/10/1
前回,ISAのTest Procedure for Control Valve Response Measurement from Step Input に触れて,その中で,用語の定義(Definitions)についても書いたが,それについて,あるポジショナの関係者から,直線性とはどのように定義されますかという質問が来た。
更新日:2007/08/28
コントロールバルブの特性は,静特性にはうるさい人も多いが,動特性について,余り議論がない。実際には,コントロールバルブの動特性の表現は一筋縄では行かない。普通は,取りあえず,適当に入力信号をステップ状に変化させて,バルブステムの移動を時間軸上のグラフにして,鑑賞するくらいでお茶を濁しているのが実情だろう。
更新日:2007/07/31
第19話の補器のところで,ポジショナも取り上げたが,ある知人が「ポジショナはバルブの補器ではない,バルブのコントローラである」と,言いがかりをつけてきた。
確かに,長い間ポジショナはコントロールバルブの働きを助ける補器として扱われてきた。 昔々,空気式調節器の時代には,空―空ポジショナは,大型のコントロールバルブを操作するような,特別な場合に使うオプションの位置づけにあった。かつては,バルブポジショナは,コントロールバルブ・メーカー各社が自社製を供給していた。
更新日:2007/06/25
産業界で活躍している先輩達を大学に招いて、学生を対象に「期待される社会人の心構え」をめぐって、話をしてもらうイベントがあった。数年前のことだが、ある油圧機器メーカーの役員の方が、話の冒頭、いわゆるつかみとして、「学生時代余り勉強はしなかったが、オームの法則とキルヒホッフの法則を知っていれば、今まで何とかやってこられました」と 話し出された。
更新日:2007/05/29
いまさら説明の要はないとは思いますが,この世界の新しい方のために薀蓄をたれると,インターカマ(INTERKAMMA)は,米国のISAショーと並ぶ,世界的な計装の大展示会です(でした)。米国のISAショーが,石油のメッカ・ヒューストンを中心に展開してきたのに対し,こちらは,長年,ドイツのデュッセルドルフで3年ごとに開催され,世界中から参加する国際計測・制御・自動化専門見本市でした。
更新日:2007/05/1
プラントにトラブルが発生すれば,新聞記事は十中八九「バルブの誤動作」と書かれている。もちろん誤操作も含まれるのだが・・・ その時責任を問われるのは誰なのだろう。
コントロールバルブは,計装機器なのか,配管機器なのか,はたまた流体機械なのか,分類を詮議立てしても仕方がないが,曖昧なものである。計装機器には違いない。
少なくとも,購入手配するとき,計装関係者が参画して仕様が決定されている。機能を発揮するには,あきらかに計装と一体で考慮しなくては適切な選定ができない。計装計画の結果は,唯一コントロールバルブを介して具現される。
更新日:2007/03/29
Vノッチ型のボールバルブを蒸気のラインに使用したときのことである。
操業を始めて、しばらくは順調であったが、10分くらいして急に動かなくなった。ラインを止めてしばらくして、テストをすると順調に動く。200℃までに至らない、さして高温というほどでもないラインなのだが、状況から見て温度の影響と判断して、分解してみると、果たして底部の軸受けの部分に傷がある。
更新日:2007/02/26
 コントロールバルブの周辺には,いろいろな補器が設置される。ポジショナのようにコントロールバルブ固有の補記もあるが,電磁弁や,空気作動弁のように汎用の製品を組み合わせて,緊急遮断などの機能を付加している。
更新日:2007/01/10
 計装機器の中で,最もメンテナンスに工数を要するものがコントロールバルブといわれている。その中で,最も頻繁にメンテナンスしなくてはならないのが,グランドパッキンである。消耗品である。グランドパッキンにまつわる話題を思いつくままに拾ってみる。
更新日:2006/12/25
 コントロールバルブも,圧力降下が大きいと大きな騒音を発する。口径が大きいと更に厳しく,耐え難いほどの騒音になる。住宅外に近接した地域の設備では,大きな問題にもなる。住宅街でなくとも,工場作業者の環境として許容できない問題である。…
更新日:2006/11/27
筆者,柄にもなく体調を崩して,申し訳ありませんが,今宵は絵物語にてお許しいただきます。
写真1は,山武さんの昔の小冊子“コントロールバルブ物語”から拝借した,国産第1号といわれるコントロールバルブの写真である。筆者もかなりジジーだと思っていたが,もっと年上であった。−尊敬−
更新日:2006/10/25
前回まで,コントロールバルブによる液体と気体の流量制御に関わる話をしたので,水蒸気についても触れてゆこうと思う。
水蒸気は物理的には気体の一種で,コントロールバルブのサイジングなども,原則として気体の式の延長にある。しかし,気相,液相,固相の3相が身近に混在し,通常のアプリケーションでもその3相が交錯して複雑な現象を見せているので,特に水と水蒸気に関わる話題を拾ってお話しする。 …
更新日:2006/10/09
前回液体の流量制御について話したので,片手落ちのそしりをおそれて,今回は気体についてお話しする。

気体,蒸気の流量制御について,コントロールバルブのCvを,物の本で調べようとすると,ぎっしり書いてあって,いくつも係数が出てくるので,多くの人が嫌いになる。気体の制御が嫌いになるだけでなく,コントロールバルブが嫌いになってしまう。 …
更新日:2006/08/27
液体の大部分のアプリケーションでは,圧縮性がなく比重が大きく変化することがないために,気体に比べて,必要Cv値を算出するのは簡単である。 …
更新日:2006/07/23
前回,ふたつのバルブを直列に接続する話をしたので,続きでふたつのバルブのお話をしようと思う。

直列接続
前回の話は,ふたつのバルブを直列に接続して,同一の信号で同時に上げ下げするという手法で,一台当たりの圧力降下を低くして,縮流部の静圧の落ち込みの谷を浅くして,キャビテーションなどのクリティカルな現象を避けようというものであった。 …
更新日:2006/06/20
前回 常温の水ではキャビテーションは生じにくいと書いたが,相対的な意味で高温の水に比べて,あるいは沸点の低い物質に比べて,というだけの話である。
度々繰り返すが,コントロールバルブは流れのエネルギーを消耗させて流れを制御している。多少逆説的に言えば,流れのエネルギーをいかに無駄にするかということである。流れを滅茶苦茶に乱して「ベルヌーイの定理が成り立たない」ようにしてやることである。…
更新日:2006/05/12
 ゴルフクラブのブランドにキャビティというのがあるが,多分同じ語源,洞窟のCAVEから来ているのだろう。洞穴,空洞などを指す。(ちなみに筆者は,数年前ハーフラウンドでエイジシュートを達成したのでゴルフはやめた。極秘情報である)
 海中に沈んでいる潜水艦を発見するには,スクリュー音,あるいはスクリューが発するキャビテーションの音を捕捉して艦種や敵味方の判定をするのだそうだ。できるだけキャビテーションを発生させないスクリューの開発に凌ぎを削っている。…
更新日:2006/04/24
 その昔,計装機器は絶えずキャリブレーションやメンテナンスを必要とした。計器パネルの上に異常を発見すると,装置の運転の異常を疑う前に,計器係が呼ばれることが多かった。計器の指示が正常であることを確かめてから,プラントを点検したという話もあながち大袈裟な話ではなかった。最近では,計装機器類が非常に安定していて,操業中に計器を疑うようなことは殆どなくなった。定期点検の仕組みが定着したのもある。その中で,依然として最もメンテナンスに手数を必要とするのがコントロールバルブである。 …
更新日:2006/03/25

 ディジタル化の波がコントロールバルブの世界にも押し寄せてきて,コントロールバルブの特性についても,改めて制御上の吟味がなされるようになったが,長い間,多分半世紀以上,コントロールバルブの特性は,操作信号の通りに動くものという程度の感覚で放置されてきた。その間,バルブメーカーや駆動部,補器メーカーなどの努力によって,地道な改良が続けられてきたが,プロセス制御全体から俯瞰するということは余りなされてこなかったようである。そのため,部分的な慣習も加わって,仕様が一人歩きしてきた観がある。…

更新日:2006/02/22
 コントロールバルブの駆動部は空気式が大部分のようである。第4話〜第6話,空即是色でも触れたが,いろいろ配慮しなくてはならないことも多いが,制御システムに装備された数多くのコントロールバルブを操作するには空気圧がもっともコストパフォーマンスが手頃である。
 反面,空気の圧縮性ゆえに適用に限界がある。安全のために,使用できる圧力の上限が限られている。そのため,油圧シリンダーが小型で大出力が得られるのに比較すると操作力に限界がある。また空気の圧縮性ゆえに駆動部の剛性が低く(言い換えれば弾性が高く)操作の精度や動特性にも限界がある。あくまでも手頃な操作機器として普及しているのである。 …
2006/01/24

トリビアルな話ばかりだが,当たり前過ぎて誰も教えてくれないと大恥じをかくことになるので,無駄を承知で書くことにした。どれも筆者が直接間接に見聞きしたものを脚色した。筆者自身の昔の失敗も含まれているが,どれであるかは明かせない。

2005/12/12

機器側においても,できるだけ空気源のゴミ,汚れに対して耐性の高い設計努力がなされているが,こちらもコストとのトレードオフになっている。機器選定の一助として,気づいた点について列挙する。

ノズル・フラッパ
空気式機器の中で,もっとも作動空気のゴミ,汚れの影響を受け易い部分である。  ノズル・フラッパは,絞り抵抗の内径が小さいほどゲインが高い。正確に言えば,ノズルの開口面積と絞りの抵抗の逆数の比によって決まる。電気的なアナロジーでいえばアドミッタンスの比である。  しかし絞りの内径を小さくすれば,空気のゴミ,汚れに弱くなる。ノズルの開口面積を大きくすれば,絞り内径も大きく設計して,ゴミ,汚れに強いノズル・フラッパを設計できるが,空気消費量が増加する。また,ノズル背圧がフラッパに与える反力が増加するので,トルクモータの力レベルを高く設計しなくてはならなくなり,形状が大きくなる。どうしてもコストとのトレードオフにならざるを得ない…

2005/11/10
コントロールバルブの作動空気圧は,清浄なら清浄なほど操業上は安心できる。とはいっても,あまりに装備過剰の空気源では,コストがかかりすぎる。特に小規模の計装で,コントロールバルブの数が数台と少ないような場合,専用の計装用空気源を設備するのはコスト負担が大きすぎる。つい手抜きをして,後で後悔するのが常であるが,駆動するコントロールバルブの総額に見合う程度のコストの空気源を設備して,ある程度のリスクを覚悟の上で,設備コストとメンテナンスの頻度をトレードオフするも対策のうちではある。数が少ない場合には,頻繁なメンテナンスも余り負担にならない。ただし,メンテナンスが不十分で不具合が生じても,メーカーに苦情を持ち込んではいけない…
2005/10/11
最近,計装用空気源が原因のコントロールバルブの作動不良のトラブルが増えているという話である。昔に比べて,空気源に対する関心が低くなったのが原因だとか。
空気圧を動力源とするバルブポジショナーには,機械式ポジショナ,マイクロプロセッサ搭載など形式を問わず,原則的に,空気圧の増幅器,つまりノズル・フラッパやパイロットリレーが使われている。ここに空気源の汚れが堆積してトラブルの原因になることが多い…
2005/09/12
わが社においても納入されるコントロールバルブは,ほとんど逆作動で正作動はほとんどない。たまには正しい作動のものを納入しろ。と,これは誰にも分かる親父ギャグだが,なぜ,使われる量が多いほうが逆作動なのだろうか。多分,開発の順番でそうなったのだろうと想像される
2005/8/10
コントロールバルブに付きもののCvというやつは,気安く使っているが,念のために簡単にお勉強しておくことにする。 簡単に言うと コントロールバルブの容量,大きさみたいなものである。どのくらいの大きさのコントロールバルブを取り付ければ,適正な制御ができるかの目安と思ってもよい。 容量係数という言葉があるがほとんどの人がCvあるいはCv値と呼んでいる…
2005/07/11
コントロールバルブといえば,多くの計装技術者がサイジングと材料選定の経験をもっていると思う。まずサイジングの話から始めてみよう。
公式どおりに計算すれば,適切なCvが算出できて,適切なサイズのバルブが選択できる筈である。今日では,パソコンにプログラムが入っていて,諸仕様を入れると適切なCvがでてくるのが普通である。が,何故が時々思わしくない結果に陥ることがある…
2005/06/10
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