空気圧バルブは 1 時間に数回しか作動しない場合がありますが、それでも 2 秒間の閉鎖要件を満たさないことがあります。それは矛盾ではありません。コンプレッサーには十分な総容量があるかもしれませんが、レギュレーター、ソレノイド、チューブ、または排気経路が短い動作中に必要な流量を供給できない場合があります。

このガイドでは、アクチュエータを統合バルブ パッケージの一部として扱います。バルブのトルク要件によってアクチュエータのサイズが決まります。アクチュエータのサイズはチャンバーの容積を決定します。チャンバーの容積、圧力、移動時間によって空気供給システムが決まります。アクチュエータがまだ選択されていない場合は、次の手順を完了します。 バルブアクチュエータのトルクサイジング まず、 を使用して機械的インターフェイスを確認します。 ISO 5211 作動バルブ取り付けガイド.

3 つの異なる質問に答える 3 つの数字

「このアクチュエーターにはどのくらいの空気が必要ですか?」必要な出力が定義されていない限り、これは不完全です。実際の計算では、以下の 3 つの値がすべて報告されるはずです。

これらの値を混同すると、予測可能なエラーが発生します。 1 サイクルあたりの空気量と 1 分あたりのサイクルを乗算すると平均需要が得られますが、その平均は 2 秒間の開口イベントを表しません。逆に、各バルブが同時に動かない場合、各バルブのピーク流量からコンプレッサーを選択すると、プラントの需要が大幅に過大になる可能性があります。

数式を使用する前に計算境界を定義する

計算に何が含まれるかを決定します。アクチュエータのデータシートには、チャンバー内部の消費量のみが記載されている場合があります。インストールされたパッケージには、加圧され排気されるチューブと付属品のキャビティも含まれています。したがって、プロジェクトの計算には次のことを記録する必要があります。

• アクチュエータのタイプ: 複動またはスプリングリターン;
• 各電力供給方向のアクチュエータモデルとチャンバ容積。
• アクチュエータ入口で利用可能な最小および最大圧力。
• 必要な開始時間と終了時間。
• 通常、ピーク、緊急のサイクル頻度。
• チューブの内径と長さ。
• ソレノイド、レギュレーター、流量制御、サイレンサー、急速排気装置。
• 気温とプロジェクトの通常の体積基準条件。
• 漏洩許容量と、プロジェクトに必要な将来の運転許容量。

ラックアンドピニオンおよびスコッチヨーク アクチュエータの内部形状は、単純な外部シリンダの計算では正確に表現できません。メーカーの風量テーブルを入力することをお勧めします。メーカーが規定の圧力での「サイクルごとの空気消費量」を示している場合は、その値が正規化された自由空気であるかどうか、またそれが 1 ストロークを表しているのか、それとも完全な開閉サイクルを表しているのかを確認してください。

ステップ 1: チャンバー容積を正規化空気に変換する

2.8 L アクチュエータ チャンバは、6 barg まで充填された場合、通常 2.8 リットルしか消費しません。チャンバー内のガスは圧縮されています。理想気体関係に基づく工学的推定の場合:

V_N = V_{チャンバー} ×(P_{腹筋、供給} /P_{腹筋、正常}) × (T_普通の /T_供給)

基準温度と供給温度が類似している場合、温度比は多くの場合約 1 として扱われます。

V_N ≈ V_{チャンバー} ×(p_g +p_ＡＴＭ)/p_ＡＴＭ

場所:

• V_N = 正規化されたまたは自由空気の体積。
• V_{チャンバー} = 加圧されたアクチュエータチャンバーの容積;
• p_g = ゲージ圧力を供給します。
• p_ＡＴＭ = 局所的な大気圧;
• P_腹筋 = 絶対圧力;
• T = ケルビン単位の絶対温度。

シリンダー寸法のみが入手可能な場合

従来のリニアピストンシリンダの場合、幾何学的な体積はボア、ロッド直径、ストロークから推定できます。

キャップエンドの体積 = πD²s / 4

ロッドエンドの体積 = π(D² − d²)s / 4

ここで、 D ピストンの穴です、 d はロッドの直径であり、 s 脳卒中です。エンドクリアランスボリュームがわかっている場合は追加します。メーカーがそのモデルに必要な内部寸法を具体的に提供していない限り、これらの方程式を 1/4 回転ラックアンドピニオンまたはスコッチヨーク アクチュエータに適用しないでください。

ステップ 2: 動力ストロークを正しくカウントする

複動アクチュエータ

複動アクチュエータは圧縮空気を使用して開閉します。 2 つのチャンバー容積が異なる場合は、別々に計算します。

V_{N、サイクル} = V_{N、オープン} +V_{N、閉じる}

1 サイクルは、1 回の完全な開閉を意味します。一部のカタログでは「操作」を 1 つのストロークを意味するものとして使用しているため、データシートの定義を確認する必要があります。

スプリングリターンアクチュエータ

スプリングリターンアクチュエータは通常、一方向のみに圧縮空気を使用します。蓄積されたばねエネルギーがフェール方向を駆動します。したがって、サイクルごとの圧縮空気消費量は、動力を供給されたチャンバーの充填量と、接続されている付属品およびチューブの量に基づいています。これは、アクチュエータが自動的に小さくなったり、より効率的になったりすることを意味するものではありません。空気圧側もバネ荷重に対処する必要があるため、アクチュエータのサイズが大きくなることがよくあります。

動作の選択は、空気消費量のみではなく、必要な故障位置と安全哲学に従う必要があります。機能の違いについては、を参照してください。 単動アクチュエータと複動アクチュエータ.

実施例：1サイクルで34.6NLを使用するが、開口には582NL/minが必要

以下のメーカーデータとサービス要件を備えた複動 4 分の 1 回転アクチュエータを検討してください。

• 開口部チャンバー容積: 2.8 L;
• 密閉チャンバー容積: 2.2 L;
• アクチュエータでの供給圧力: 6 barg;
• 大気圧: 1.013 bar;
• 通常の動作速度: 1 時間あたり 12 完全サイクル。
• 必要な開口時間: 2 秒;
• 所要終了時間: 2 秒。
• 基準温度と供給温度が同様であると想定されているため、この予備的な推定では温度補正は省略されています。

1. 圧力比を計算する

圧力比 = (6 + 1.013) / 1.013 = 6.92

2. ストローク当たりの正規化空気を計算する

開放空気 = 2.8 × 6.92 = 19.4 NL

閉鎖空気 = 2.2 × 6.92 = 15.2 NL

3. 完全なサイクルごとの空気を計算する

サイクルあたりの空気 = 19.4 + 15.2 = 34.6 NL/サイクル

4. 平均プラント需要を計算する

平均需要 = 34.6 × 12 = 415 NL/h = 6.9 NL/分

5. 各ストローク中に必要な流量を計算する

開度流量＝(19.4/2)×60＝582NL/min

閉止流量＝(15.2/2)×60＝456NL/min

コンプレッサーは、このバルブの長期平均として 6.9 NL/min のみを認識しますが、追加の許容値と圧力損失を考慮する前に、動作中に開いている空気経路が約 582 NL/min を供給する必要があります。したがって、6.9 NL/min からソレノイドを選択することは重大な間違いとなります。

これらは理想的な計算結果であり、最終的なコンポーネントの評価ではありません。チューブのデッドボリューム、バルブ流量曲線、圧力降下、気温、漏れ、プロジェクトで承認された設計許容値も考慮する必要があります。

圧力は空気消費量とバルブトルクを結び付けます

アクチュエータの供給圧力を増加すると、通常、アクチュエータのトルクが増加しますが、各チャンバの充填に使用される正規化された空気も増加します。使用可能な圧力は使用可能な圧力です アクチュエータが動いているとき、コンプレッサーまたは壁レギュレーターで表示される無流量圧力ではありません。

圧力範囲の両端を確認します。

• 最小動圧: アクチュエータは、レギュレータ、ソレノイド、継手、チューブの損失後に十分なトルクを生成する必要があります。
• 可能な最大圧力: レギュレーターが高く設定されているか故障している場合、バルブステム、カップリング、ブラケット、ギアボックスに過負荷がかからないようにしてください。

バルブ破壊トルクは、低温、乾燥媒体、または最大差圧下での長時間の静的期間の後、特に作動トルクを超える可能性があります。無負荷のワークショップテスト中にアクチュエータが自由に動く場合でも、動作が停止する可能性があります。したがって、トルクのサイジングと空気流のサイジングでは、同じ圧力の仮定を使用する必要があります。

多くの場合、アクチュエータのポートではなくエア経路がサイクルタイムを決定します

計算されたストローク流量は、ヘッダーとアクチュエーターの間のあらゆる制限を通過し、反対側のチャンバーの排気経路を通過する必要があります。完全なチェーンを確認します。

プラントヘッダー → 隔離バルブ → フィルター/レギュレーター → ソレノイドバルブ → フィッティング → チューブ → 速度制御 → アクチュエーターポート → 排気フィッティングまたはサイレンサー

電磁弁

アクチュエータと故障動作のソレノイド構成 (通常は複動の場合は 5/2、スプリングリターンの場合は 3/2) を選択し、メーカーの流量曲線、Cv、Kv、または実際の入口と出口の条件での標準化された流量定格を使用します。公称ポートサイズだけでは、使用可能な空気流量を定義できません。

レギュレーターとフィルター

レギュレーターは正しい静圧を維持しながら、高速ストローク中に圧力が低下します。流量曲線をチェックし、フィルターエレメントのサイズが適切であり、ピーク需要に合わせて維持されていることを確認します。低速走行を診断する場合は、移動中に上流と下流の圧力を観察する必要があります。

チューブと継手

外径だけでなくチューブの内径も使用し、長さ、曲がり、ティー、ワンタッチ継手の穴、排気制限も含めます。リモートバルブの長いチューブは容積を増加させ、圧力損失を増加させます。ソレノイドをアクチュエータの近くに配置すると、電気的、環境的、メンテナンス上の要件により、最終的な流路が短くなる可能性があります。

スピードコントロール、サイレンサー、エキゾースト

メータアウト流量制御は安定した走行に役立ちますが、流量を絞りすぎると動きが遅くなったり、不均一になります。排気サイレンサーの汚染は、一般的な隠れた制限です。急速排気バルブまたはボリュームブースターは、制御哲学が許可する場合には応答を改善する可能性がありますが、一般的な治療法として追加するのではなく、完全な回路の一部として選択およびテストする必要があります。

緊急動作のためのローカル空気受信機の検査

プラントヘッダーがピーク流量をサポートできない場合、バルブが遠隔にある場合、または空気供給喪失後に 1 つ以上の動作を完了する必要がある場合、ローカルレシーバーが必要になる場合があります。予備的な等温スクリーニング計算の場合:

V_受信機 ≈ V_N、必須 ×P_ＡＴＭ /(P_1、腹筋 −P_2、腹筋)

どこで P₁ は初期レシーバー圧力、 P₂ 動作後の最低許容レシーバ圧力です。どちらも絶対的な圧力でなければなりません。最小最終圧力は、レギュレータと流路損失の後でも十分なアクチュエータ トルクを提供する必要があります。

この例の 19.4 NL 開口ストロークを使用すると、8 barg のレシーバーは 5 barg に低下する可能性があり、次のようになります。

V_受信機 ≈ 19.4 × 1.013 / [(8 + 1.013) − (5 + 1.013)] = 6.55L

この 6.55 L という結果は、1 回の動力ストロークに対する理想的な暫定値です。これには、ライン容量、漏れ、レギュレーターの動作、温度変化、予備、繰り返しの緊急ストローク、またはコード要件は含まれません。文書化されたプロジェクト許容量を適用し、適切な標準レシーバーを選択し、最終的な空気圧システムの圧力容器と安全要件をレビューしてもらいます。

空気の質は信頼性の一部です

空気供給の問題は流量不足だけではありません。水、油、粒子はシール、ソレノイド、ポジショナー、排気コンポーネントに影響を与える可能性があります。 ISO 8573-1:2010 粒子、水、油の圧縮空気純度クラスを定義します。バルブ パッケージに必要なクラスは、アクチュエータとアクセサリのメーカーとプロジェクトの仕様から得られる必要があります。標準タイトルだけから推測すべきではありません。

また、最低周囲温度における許容露点も確認してください。室外ソレノイドまたは排気経路で凝縮水が凍結すると、室温の空気消費量の計算が正しい場合でも、必要な安全動作が妨げられる可能性があります。

流量または風量の問題を示す症状

機械的に位置合わせされたパッケージが繰り返し結合したり、不均一に移動したりする場合は、ブラケット、カップリング、シャフトの位置合わせも検査してください。その結果については、 位置がずれている空気圧バルブアクチュエータ.

サイジングシートまたはRFQに記載する情報

有用なアクチュエータの空気供給リクエストには、バルブ、アクチュエータ、アクセサリを一緒にチェックするための十分な情報が含まれている必要があります。

• バルブのタイプ、サイズ、圧力クラス、およびプロセス媒体。
• 最大差圧と必要なバルブトルクまたは推力。
• アクチュエータのメーカー、モデル、アクション、およびスプリングセット（該当する場合）。
• メーカーのチャンバー容積または指定された空気消費量および定格条件。
• バルブ位置の最小/通常/最大空気圧。
• 許容誤差を含む開閉時間。
• 通常のサイクル レート、ピーク サイクル レート、および同時のバルブ動作。
• ソレノイド機能、電圧、流量定格および取り付け方法。
• チューブの材質、内径、長さ、継手の配置。
• 周囲範囲、エンクロージャ/危険エリアの要件、および指定された空気の質。
• 空気供給喪失後に故障位置と必要な動作回数。
• 漏れ、移動時間、位置フィードバックの許容基準。

バタフライバルブアプリケーションの場合、 空気圧バタフライバルブガイド 追加のパッケージ選択コンテキストを提供します。利用可能なバルブ ファミリは以下でも確認できます。 ボールバルブ, バタフライバルブ そして コントロールバルブ.

完成したバルブ パッケージの確認

最後の証明は統合テストです。指定された空気圧と最終的な付属品の配置を使用し、次のことを行います。

1. 移動前の静圧を記録します。
2. 開閉中のアクチュエータの最小圧力を記録します。
3. 繰り返しのサイクルにわたって両方のストローク時間を測定します。
4. 開閉位置表示を確認します。
5. チューブ、継手、アクセサリポートの外部漏れをチェックします。
6. 承認されたテスト手順に従って、電源および/または空気の損失をシミュレートすることにより、必要な故障動作を確認します。
7. レシーバーが取り付けられている場合は、指定された最小保存圧力から必要な動作回数を確認します。
8. レギュレーターの設定、速度制御の位置、テスト温度を文書化します。

プロジェクト固有のパッケージの場合は、バルブデューティ、差圧、利用可能な空気圧範囲、必要な移動時間、サイクルレート、および故障アクションを、 お問い合わせページ。この情報により、トルクチェックと空気圧流量チェックを 1 つの統合された選択として完了することができます。

よくある質問

技術参考資料

• Festo 空気消費量計算ツール — 計算入力には、シリンダーのタイプ、サイズ、ストローク、作動圧力、サイクルが含まれます。
• ロトルク RC200 空気圧アクチュエータのドキュメント — アクチュエータの選択には、メーカーの空気消費量と動作時間のデータが提供されます。
• エマソン ASCO ソレノイドの例 — アクセサリの選択に使用される方向弁機能と Cv/Kv 流量データを示します。
• ロトルク YT-315 ボリュームブースター — 回路が追加の流量容量を必要とする場合に、アクチュエータの応答時間を短縮することを目的としたアクセサリの例。
• ISO 8573-1:2010 — 粒子、水、油の圧縮空気純度クラス。