流れを理解する: アクチュエータによって可能になる制御の可能性

ウェールズのウェールズ・ウォーターズ・ペニーボント・WTWに設置されたAUMA-Profox-電動アクチュエーター — AUMA PROFOX アクチュエータは、ウェールズのペニーボント水処理工場の既存のバタフライバルブに取り付けられています。

アクチュエーターは、水、エネルギー、その他の産業で使用される幅広いシステムにおいて重要なコンポーネントです。しかし、正確には何ですか is アクチュエーター？このトピックに初めて触れた人は、このコンポーネントを単なるスイッチ、つまりバルブを開閉位置にするバルブベースのシステムの一部であると考えて満足することがよくあります。しかし、こうした部品の価値はますます単純な「開閉」の機能を超え、あらゆる高度な制御が可能となる領域へと進んでいます。 エンバイロテック の英国部門であるAUMA Actuators UKとの会話で発見されました。アウマグループは、世界中の 2,800 の拠点で 30 名を超える従業員を雇用しています。

バルブは、流体 (またはガス) の流れを制御する必要があるシステムにおいて重要な役割を果たします。たとえば、水がパイプラインを流れる用途では、流れを停止、開始、減速したり、方向を変更したりする必要がある場合があります。一部のシステムでは、さまざまな場所で圧力を調整するためにバルブが必要になります。

これらのコンポーネントは、石油、ガス、バイオマス、廃棄物エネルギー、原子力など、発電を含む広範囲のプロセス技術やその他のシステムに使用されていますが、水産業がこれらのコンポーネントの主な目的地です。アクチュエーターは制御プロセスにおいて重要な役割を果たします。

今日の電動アクチュエータは遠隔制御でき、SCADA や DCS などの産業用制御システムから開閉コマンドを受信できます。同様に、アクチュエータが特定の停止位置または中間位置に到達すると、このステータスを制御システムに通知します。

この種の機能はベースラインであり、多くのユーザーにとって十分なものですが、より高度な制御も可能であり、AUMA の製品にはさまざまな種類の「スマート」機能がますます組み込まれています。これは、バルブとアクチュエーター周りのテクノロジーの進化が最も顕著に表れる場所であるとAUMAの英国MDポール・ホプキンスは示唆しており、彼は「実際にはエキサイティングなエンジニアリングの一部である」とサブシステムで見えてくる可能性の感覚を提供した。。

それは何をしますか？
AUMA の電動アクチュエーターは、バルブ自動化用に特別に開発された電動モーターとギアボックスの組み合わせを特徴としています。アクチュエーターは、ゲート、バタフライ、グローブ、またはその他のタイプのバルブであっても、バルブの可動部品を操作するために必要なトルクを提供します。 AUMA の Web サイトに記載されているように、同社のアクチュエータは、2 インチのボールバルブから数メートルの高さのダイバータダンパーに至るまで、あらゆる可能性の範囲に対応しています (バルブの詳細については、記事の最後にある「バルブ: 基本」を参照してください)。

AUMA-AC コントロール — AC コントロールは、温度や振動の継続的な監視などの機能を提供します。

トルクは、標準化された機械的インターフェースを介してアクチュエータからバルブステムまたはシャフトに伝達されます。したがって、バルブのタイプによってアクチュエータの選択が決まり、アクチュエータは「パートターン」または「マルチターン」デバイスとして利用可能です。
パートターンアクチュエータは、バルブを開閉するために少量の回転運動 (90 度未満) のみを必要とし、素早いオン/オフ方式で動作するバルブに使用される傾向があります。マルチターンアクチュエータは、バルブステムに複数の回転を加えてバルブを完全に開閉し、ゲート、グローブ、またはライジングステムバルブなど、バルブの位置を正確に制御する必要がある場合に使用されます。

場合によっては、バルブやバルブが制御しているプロセスの損傷を避けるために、バルブの開閉時に適用されるトルクを慎重に制御することが重要であるとホプキンス氏は説明しました。アクチュエーターは、バルブと制御システム (およびより広範なシステム内に組み込まれたインテリジェンス) 間のインターフェースも提供します。この側面は、IIoT やインダストリー 4.0 などのトレンドでますます重要になっています。

AUMA は、アクチュエータ制御の AM シリーズでベースラインレベルの制御機能を提供しており、これらの部品は、単にアクチュエータの終了位置と障害信号 (ライトによって視覚的に表示される) を報告できるようにしたい場合に最適であると言われています。ユニット上）。同社のAC制御範囲では追加の制御機能が可能であり、データロギングや自己適応制御機能が必要な場合、あるいは資産管理や設備管理などのために装備されたシステム内にバルブアクチュエータが統合されている場合に適した選択肢であると言われています。リモートメンテナンス。この部品にはマイクロプロセッサ制御が組み込まれており、より包括的な機能を提供するほか、フィールドバス経由でプロセスオートメーションに接続するオプションも提供するとホプキンス氏は述べています（AM制御と同様にパラレルインターフェイスも利用可能）。

AC ユニットは、トルクバイパスなどの機能、しっかりと固定されているバルブの固定を解除する機能、およびパイプライン内のウォーターハンマーの回避を支援する機能も提供します。ホプキンス氏は、このような部品をインダストリー 4.0 パラダイム内に配置し、制御システムの XNUMX つの層、つまりセンサー (「何が起こっているかを伝える」)、プロセスコントローラー (「システムに何をすべきかを伝える」)、および物理層または出力デバイス。アクチュエータはシステムのこの最後のレベルに適合します。

AC は、タイムスタンプ付きのイベントレポート、トルク特性、始動回数、モーター運転時間のログなど、さまざまな診断機能を提供します。温度と振動の継続的な監視は、エンドユーザーがプラントを確実に稼働し続けるのに役立つ機能であり、「停止なし」などの現代の水道業界の願望に適合するとホプキンス氏は示唆しています。

ウォーターハンマーへの取り組み
現在、水道業界で話題になっているのは漏水の問題で、最近のAUMAビデオで説明されているように、1/2021年にはイングランドとウェールズで漏水したパイプを介して22兆リットル以上の飲料水が失われた。同じプレゼンテーションでは、突然の過渡的なサージによるパイプへの損傷を回避し、水道網を静めるために可変速アクチュエータをどのようにプログラムできるかについて説明しています。この「ウォーターハンマー」効果は、バルブが突然または高速で閉じるときに発生し、ネットワーク内を伝播する高圧波を発生させ、バルブ、シール、機械部品にストレスを与え、同時に配管を損傷することもあります。

解決策の 1 つは、ネットワーク全体の圧力変化ダイナミクスに対する全体的な影響を考慮して、これらのバルブの開閉速度をインテリジェントな方法で変更することです。 AUMA の可変速アクチュエータはプログラム可能で、バルブの移動 (開閉方向の両方向) を 10 の異なるセクションに分割し、それぞれに異なる速度を指定できます。

この種のソリューションは、圧力過渡状態を監視、分析し、それに対処するために装備された水道網内で使用でき、資産損傷の可能性を軽減します。

パーツを組み立てる
現実の世界では、バルブアクチュエータシステムは高度さと複雑さの範囲に分類されるように見えますが、AUMA 製品群はモジュール式設計哲学を使用して構築されており、特定のユーザーの固有の要件に対処することを目的としています。

同社によれば、あるレベルでは、モジュール式の製品設計により、簡単な改造や修理などがサポートされており、システムは、たとえば AM 制御から AC 制御に簡単にアップグレードできます (また、下位互換性も維持されます)。このアプローチにより、状況に応じて調整されたアクチュエータ内のコンポーネント (ギアボックスやリンケージなど) の最適な組み合わせや、それらを結合する最適な方法を提供することも容易になります。可能性としてはクローザーが挙げられる
バルブとアクチュエータを（ユニバーサルジョイントのみを使用するのではなく）結合し、ギアボックスやモーターなどの部品を制御装置から分離して、たとえば高所、ピットの下、さらには水中に配置します。これが役に立った一例は、2022 年秋にオーストリアのグラーツ近郊にあるザウアーブルン水力発電所での水中水力タービン制御アプリケーションであり、その結果、はるかに低コストでより優れた制御とフィードバックを提供するソリューションが実現しました。

Keppel-Marina-East-淡水化プラント — AUMA アクチュエーターは、2021 年に受賞歴のあるシンガポールの淡水化プラントに導入されました。

このシステムには、タービンを正確に位置決めし、タービンが受け取る水の供給を最適に制御するために、水中で継続的に動作できるアクチュエータが必要でした。以前は油圧アクチュエータしか選択肢がありませんでしたが、AUMA はシャフトの上にアクチュエータ (および水上) とは別に取り付けられたアクチュエータコントロールと組み合わせて、水中での使用に適した電動アクチュエータ (AUMA SARV-UW) を提案することができました。。

異なる環境
モジュール式ソリューションでは、特定の環境に対処するために指定されたパーツから選択できます。ボイラーで使用されるバルブやアクチュエーターなど、石油・ガス、エネルギー効率エネルギー、原子力発電などの分野で広く同様の技術が使用されていますが、一部の分野では特定の需要が存在します。たとえば、石油、天然ガス、または EfW プラントでは、部品が防爆であることが必要です (AM および AC 製品はこの形式で入手可能です)。

原子力分野では認証が最も重要であり、部品は認証のレベル、材料の調達、製品に使用される機械や筐体などによって区別される、とホプキンス氏は述べた。

AUMA は、小型モジュール型原子炉 (SMR) の新興分野と、ヒンクリーポイント C のような大規模プロジェクトの両方に関心を持っています。腐食防止は、塩水や沿岸の存在下で機器を屋外に設置する必要がある水などの分野では重要です。空気。 AUMA はここで独自のソリューションを開発しました。これは、たとえば、最近ウェールズ海岸のペニーボント水処理工場でバタフライバルブと組み合わせて使用されている PROFOX アクチュエータに標準として供給されています。腐食保護は、EN ISO 5-5 の最も高い C12944-M/C6-I 要件を満たしています。

負荷を軽減する
モジュラー設計の哲学は、エンドユーザーの作業を容易にする多くのことを支える鍵であるようです。たとえば、すべてをその場で組み立てるよりも、ほとんどがプレハブのソリューションを現場に持ち込む方がはるかに合理的である場合などです。ホプキンス氏によれば、現場作業を行うことは安全を保つのにも役立ち、たとえば、電気工事を設備の残りの部分とは別個に、別の時間に行うことができます。

エンドユーザーの機器を改善またはアップグレードする機会を見つけるために、多くの柔軟性が利用できると彼は示唆しています。彼自身の分析によれば、水産業における最大の障害点の 1 つは、水圧管バルブのシャフトに適切にグリースが塗布されていないことに起因します。

同氏によると、AUMAのエンジニアはある水道事業の顧客とともにこの点に焦点を当て、ベアリングにグリースを供給するだけでなく、ドライブベースに供給してシャフトにグリースを供給するオートグリーサーを提供したという。ホプキンス氏によれば、このような変更は「単純ですが、水圧管にかかる費用を数十万ポンド節約できる可能性があり」、メンテナンスの回数も大幅に減少します。

この種の「コンサルティングセールス」が同社の仕事のやり方の鍵となるようで、エンジニアリングの専門知識に依存している。親会社である AUMA は、60 年にわたり電動アクチュエーターとバルブギアボックスの開発と製造を行ってきました。世界中にオフィスの大規模なネットワークがあるため、英国のエンジニアは、特定の種類の問題を解決した経験を持つ他のエンジニアの専門知識を活用できます。

ホプキンス氏によれば、ここ数年は材料、生産、サプライチェーンの問題で大きな混乱が生じており、AUMAアクチュエータのクリーブドンオフィスのような拠点とAUMAが「非常に垂直統合」されていることがこの領域を乗り切るのに役立っているという。独自の加工、組み立て、テスト、修理を行うことは制限されています。

部品自体はドイツで製造されており、工場は「カンバン」システムで稼働しており、在庫を保持するのではなく需要を引き出します。生産能力に関して言えば、同社は毎日 500 台以上の電動アクチュエータを注文に応じて製造しているとホプキンス氏は述べています。

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バルブ – 基本
バルブにはあらゆる形状とサイズがあり、コスト、速度、信頼性などの観点から、特定のニーズに合わせてさまざまなアプローチが利用できます。アプリケーションによっては、バルブを単純に開閉する必要がある場合もありますが、流体の流れを調整するためにバルブをさまざまな中間位置に保持したい場合もあります。

一般的な手法の 1 つは、制御バルブの世界を直線運動に基づく部品 (ゲート、グローブ、ダイヤフラムバルブ) と回転運動に基づく部品 (ボール、プラグ、バタフライバルブなど) に分割することです。ゲートバルブは、比較的シンプルで低コストであるため、現在最も一般的に使用されています。これらは流体の流れを開始および停止するために使用できますが、流体の流れを絞るためには使用できません。ゲートバルブは流れを絞るのには適しておらず、半開位置にしておくと振動が発生する可能性があります。また、たとえばグローブバルブと比較して、シートやディスクの摩耗や漏れが発生する可能性が高くなります。
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