簡単な答え: バルブアクチュエータの利用可能な出力トルクと、開閉ストロークの両方の関連するすべての時点でのバルブの必要トルクを比較して、バルブアクチュエータを選択します。公開されている 1 つの値だけでなく、ブレークトゥオープン トルク、ランニング トルク、最終着座トルクを確認してください。承認されたサービスマージンを適用し、利用可能な最悪の電力状態でアクチュエータ出力を使用し、アクチュエータがバルブステム、ギアボックス、カップリング、または取り付けインターフェイスに過負荷をかけないことを確認します。最終的な選択は、検証済みのバルブ メーカーのトルク データと、実際の圧力、温度、媒体、動作周波数、および故障時の動作要件に基づいて行う必要があります。
カタログ ページではアクチュエータが十分に大きく見えても、使用中にバルブを動かせない場合があります。通常の理由は、アクチュエータの公称トルクの不足ではありません。これは、バルブの変化するトルク要求とストローク中の変化するアクチュエーターの出力との間の不一致です。
1/4 回転バルブは、最初に閉じたシートから離れるときに最大のトルクを必要とする場合があります。移動途中では必要なトルクが減少し、指定された閉位置に到達するまでにさらにトルクを増加する必要がある場合があります。空気圧スプリングリターンアクチュエータは、空気ストロークとスプリングストロークで異なる出力を生成します。電動アクチュエータには、個別の定格、始動、着座および最大出力制限がある場合があります。したがって、1 つのバルブ番号と 1 つのアクチュエータ番号を比較しても、信頼できるサイジング結果は確立されません。
このガイドでは、工業用ボール バルブ、バタフライ バルブ、プラグ バルブの実用的なバルブ アクチュエータのトルク サイジング方法について説明します。また、安全係数がどこに属するのか、最低空気圧や供給電圧が低いことがなぜ重要なのか、最大許容ステムトルクが十分に強力に見えるアクチュエータをどのように失格にするのかも示します。
バルブアクチュエータのトルクサイジングで証明すべきこと
完全なサイズチェックでは、次の 4 つのことを証明する必要があります。
- アクチュエータは、必要に応じてどちらの端位置からでもバルブの移動を開始できます。
- アクチュエータはトルク不足なく全ストロークを通じて作動し続けることができます。
- アクチュエータは必要な最終位置に到達し、指定された遮断条件を達成できます。
- アクチュエーターの可能な最大出力は、バルブステム、ドライブトレイン、ギアボックス、カップリング、または取り付けコンポーネントに損傷を与えることはありません。
最初の 3 つのチェックでは、最低限必要な出力が確立されます。 4 番目は、最大許容出力を確立します。適切なサイジングは両方の境界内に収まる必要があります。
また、結果は実際の電力条件下でも有効である必要があります。空気圧アクチュエータの出力は、通常、コンプレッサーの銘板圧力ではなく、システムの動作中にアクチュエータで利用可能な最小圧力でチェックする必要があります。電動アクチュエータは、許容される電圧変動、モータの始動条件、デューティ分類を含め、指定された電圧と周波数でレビューする必要があります。
重要なトルク値
ブレークトゥオープントルク
BTO と略されることが多いブレークツーオープン トルクは、閉じたバルブをシートから離すために必要なトルクです。ブレークトルク、ブレークアウトトルク、ブレークアウェイトルクとも呼ばれます。多くのソフトシートボールバルブでは、バルブが静止している間にシート接触、圧力負荷、静止摩擦が同時に作用するため、BTO は重要なポイントです。
ブレーキトルクは、長時間のアイドル期間、温度サイクル、シートの膨張、堆積物、腐食、または潤滑の喪失後に増加する可能性があります。したがって、周囲温度できれいな新しいバルブで測定された値は、実際の使用で数か月後に必要なトルクよりも低くなる可能性があります。
走行トルク
ランニングトルクは、バルブが両端位置間を移動する間に必要なトルクです。必ずしも一定ではありません。ベアリングの摩擦、パッキン荷重、流体力、バルブの形状により、角度に応じて要求が変化する可能性があります。
ボールバルブの場合、ランニングトルクは初期の脱着要求よりも低いことがよくありますが、バルブのデータがなければそれを想定すべきではありません。バタフライ バルブは流れの下で大きな動的トルクを発生させることができ、その大きさと方向はディスクの角度、速度、差圧によって変化します。プラグバルブは、ストロークの大部分にわたってかなりの摩擦を保持する場合があります。
エンドツーオープンおよびブレークツークローズトルク
端から開放までのトルクは、全開位置付近での要求となります。遮断から閉までのトルクは、全開から閉に向けて動き始めるのに必要なトルクです。これらの値は、プロセス バルブがいずれかの端位置から確実に方向を反転する必要がある場合に重要です。
簡易トルク表では省略している場合があります。バルブまたはプロセスが非対称のトルク プロファイルを生成する場合、開閉が同一であると仮定すると、一方向のサイズが小さくなる可能性があります。
着座トルクまたは終端間トルク
指定された閉位置に到達し、設計どおりにシーリング システムを圧縮または係合するには、閉ストロークの終わり近くで着座トルクが必要です。トルクが小さすぎると、バルブがシートから外れて漏れが発生する可能性があります。過剰なトルクは、ソフトシートを損傷したり、ステムやカップリングを変形させたり、ギアボックスに過負荷をかけたり、トルクトリップを繰り返したりする可能性があります。
正常に固定されなくなったバルブを補うためだけにアクチュエータの設定を上げないでください。より多くのトルクをかけて無理に通すのではなく、ミスアライメント、堆積物、シートの損傷、熱歪み、または障害物を調査する必要があります。
バルブトルクデータの取得元
バルブの製造元は、実際のバルブ構造に必要なトルク値を提供し、それぞれの最大値が発生する角度と方向を特定する必要があります。データは選択したものに対応する必要があります。
- バルブの種類、サイズ、圧力クラス
- ボディ、トリム、シート、シール、梱包材
- 各流れ方向の最大差圧
- 動作温度と設計温度
- 中程度の予想される固体、堆積物、または粘度
- 動作周波数と予想されるアイドル期間
- 必要な漏れまたは遮断性能
同じ公称サイズの別メーカーのバルブからコピーしたトルク値からサイズを決定しないでください。ステムの直径、シートのデザイン、ベアリング システム、表面仕上げ、公差、圧力負荷により、大幅に異なるトルク要求が生じる可能性があります。
認定されたトルク データが入手できない場合、サプライヤーは推定の根拠と適用される不確実性を明記する必要があります。重要な隔離、緊急停止、高圧ガス、または厳しい化学サービスの場合、不確実性は、恣意的に大型のアクチュエータ内に隠すのではなく、エンジニアリングレビューまたはテストを通じて解決する必要があります。
プロセス条件による必要トルクの変化
公開されているバルブ トルクは、そのテスト基準がサービスと一致する場合にのみ役立ちます。一般に、次の状況では補正または追加のマージンが必要です。
| 使用条件 | トルクへの影響の可能性 | 確認すべきこと |
|---|---|---|
| より高い差圧 | 閉鎖要素またはシートへの圧力負荷を増加させます | 通常、起動、停止、異常状態時の最大差圧 |
| 低温 | シールの剛性、パッキンの摩擦、潤滑剤耐性を向上させることができます | 常温だけでなく、最低動作温度および周囲温度も |
| 高温 | シート干渉、クリアランス、パッキン荷重、材料強度を変更可能 | 最高プロセス温度と熱サイクル |
| 乾燥したガスまたはまれな運転 | 長時間静止した後、静摩擦が増加する可能性があります | 予想される最長のアイドル時間とサイクリングスケジュール |
| スラリー、スケール、または結晶化媒体 | 堆積物は動きを妨げ、シートやベアリングの摩擦を増加させる可能性があります | 固形分含有量、粒子サイズ、フラッシングおよび洗浄の構成 |
| 粘着性または高粘度のメディア | 抗力と離脱の需要が増加する可能性がある | 最低使用温度における粘度 |
| 高いサイクルデューティ | 熱、磨耗、負荷に関連するアクチュエータの制限が増加する | 1 時間あたりのサイクル、移動時間、および調整デューティ |
| シートやパッキンの経年劣化 | 整備間隔が続くと摩擦が増加する可能性があります | メンテナンス間隔と予想される実行終了状態 |
これらの影響は、可能な場合は常に、バルブ メーカーのサービス係数またはアプリケーション固有の補正を使用して対処する必要があります。一般的な安全率はサービスの理解に代わるものではありません。
安全係数を適用する方法
安全係数により、予想されるバルブ需要と最小アクチュエータ出力の間にマージンが追加されます。最も単純な形式では次のようになります。
特定の位置での設計トルク = その位置で検証されたバルブ トルク × 承認された安全率
たとえば、検証されたブレークツーオープン トルクが 400 Nm で、承認された係数が 1.25 の場合、その位置の設計値は 500 Nm です。
この方程式は単純です。要素を選択することはそうではありません。エマソンは、1.2、つまり 20% を使用したアクチュエータのサイジング例を公開していますが、これは記載された計算の例であり、普遍的な業界ルールではありません。必要なマージンは、元のバルブ トルクがどのように確立されたか、サービス係数がすでに含まれているかどうか、アプリケーションの厳しさ、電源の確実性、およびプロジェクトの仕様によって異なります。
マージンの二重計上を避ける
バルブトルクテーブルが次のとおりであるかどうかを尋ねます。
- 生のテスト値
- 計算された公称値
- 最大必要トルク
- 差圧と温度は補正済み
- メーカー推奨の安全率がすでに提供されています
すでにマージンが含まれている数値に別の包括係数を適用すると、不必要なオーバーサイズが発生する可能性があります。サイズが大きすぎるとコストが増加し、機械的な過負荷がさらに深刻になる可能性があります。
より多くの証拠金が必要な場合
トルクデータが不確実な場合、バルブが長期間アイドル状態にある場合、堆積物または重合が考えられる場合、温度により摩擦が大幅に増加する場合、または安全機能が劣化した条件下で信頼性の高い動作を必要とする場合には、追加のマージンが正当化される場合があります。この金額は、バルブのサプライヤー、アクチュエータのサプライヤー、およびプロジェクト エンジニアによって合意される必要があります。
マージンを増やしても、不適切なバルブ設計が解決されるわけではありません。固体がキャビティに詰まったり、材料が媒体内で膨張したり、バルブが熱結合しやすい場合、正しい対応は、別のバルブ、シート、フラッシング構成、または操作手順である可能性があります。
完全なトルク曲線を一致させる
バルブ要求を補正した後、関連する各位置でのアクチュエータ出力と比較します。アクチュエータは、開閉の間中、必要な曲線よりも上に留まらなければなりません。
複動空気圧アクチュエータ
複動アクチュエータの場合は、利用可能な最小供給圧力で両方向の出力を確認してください。カタログ テーブルは圧力固有です。フィルターレギュレーターの損失、配管圧力低下、および同時の空気需要後にアクチュエーターが 4.5 bar しか受けられない場合、6 bar カラムからの選択は無効です。
アクチュエータのメーカーの開始、ストローク中間、および終了トルク値またはフルカーブを使用します。公称出力値が 1 つだけあると、機構が生成するトルクが少ないという欠点が隠れてしまう可能性があります。
スプリングリターン空気圧アクチュエータ
スプリング リターン アクチュエータには 2 つの異なる出力プロファイルがあります。
- 空気圧がスプリングに作用するエアストローク
- スプリングストローク。空気が除去された後、蓄えられたスプリング力がバルブを駆動します。
両方のストロークを個別にチェックします。スプリングエンドのトルクは、必要なフェイルアクションを完了するのに十分である必要がありますが、エアストロークは最小空気圧でバルブとスプリング荷重を加えたものに勝つ必要があります。空気ストロークのみをチェックした場合、試運転中に正しく開いたユニットでも、空気損失後に安全に閉じることができない可能性があります。
故障方向はプロセスの安全性要件に基づいて定義する必要があります。レビュー フェールクローズバルブとフェールオープンバルブの選択 アクチュエータの方向を割り当てる前に。
ラックアンドピニオン vs スコッチヨーク出力
ラックアンドピニオンおよびスコッチヨーク アクチュエータは、必ずしも同じトルク プロファイルを生成するとは限りません。スコッチヨーク機構は、移動の終わり近くでより高い出力を提供し、ストロークの中間近くでより低い出力を提供することができ、特定の1/4回転バルブの需要プロファイルに適合することができます。比較には依然として実際のメーカーの曲線を使用する必要があります。メカニズムのタイプだけでは正しいサイズを保証するものではありません。
電動アクチュエーター
電動アクチュエータの場合は、定格出力トルク、許容着座トルク、始動能力またはブレークアウト能力、トルクスイッチの設定、最大出力を確認してください。以下も確認してください。
- 供給電圧、位相、周波数
- 許容電圧変動
- 開閉、位置決めまたは変調デューティ
- 時間ごとの開始と実行時間
- 周囲温度と筐体の要件
- モーターとギアの熱制限
一部の電動アクチュエータは、離座中に一時的にトルクを増加させることができますが、その機能は選択したモデルのマニュアルと設定で確認する必要があります。公称定格トルクから推定すべきではありません。自動バルブのオプションを比較する購入者は、 電動ボールバルブ選択ガイド.
最大許容ステムトルクを確認する
最小出力はサイジングエンベロープの半分にすぎません。アクチュエータの最大出力トルクまたは設定トルクは、メカニカル チェーンの最も弱い許容限界を超えないようにする必要があります。これには以下が含まれる場合があります。
- 最大許容バルブステムトルク
- ギアボックスの入力または出力トルク制限
- キー、角ドライブ、またはスプラインの容量
- カップリングとアダプターの容量
- 取付金具の強度
- アクチュエータバルブフランジ基準トルク
最大許容ステム トルクは、MAST と略されることがよくあります。バルブを作動させるのに必要なトルクではありません。それは構造上の限界です。したがって、有効な選択は両方の条件を満たします。
最小アクチュエータ出力 > 必要なすべての位置での補正されたバルブ要求
可能な最大アクチュエータ出力またはトルク設定 < 適用可能なバルブおよびドライブトレインの制限
これらの条件を両方とも満たすことができない場合、単に大きなアクチュエータを選択するだけでは危険です。バルブステム、ギアボックス、取り付け金具、またはアクチュエーターの制御方法を変更する必要がある場合があります。
加工済みの 4 分の 1 回転のサイジング例
バルブ メーカーが、プロジェクトの差圧と温度で 1/4 回転ボール バルブに次の最大必要トルク値を供給していると仮定します。
| バルブ位置 | 公開された要件 | 承認された要素 | 設計要件 |
|---|---|---|---|
| 休憩してオープン | 400Nm | 1.25 | 500Nm |
| ミッドストロークランニング | 240Nm | 1.25 | 300Nm |
| 終了から終了まで | 320Nm | 1.25 | 400Nm |
候補となる複動空気圧アクチュエータは、利用可能な最小空気圧で次の圧力を生成します。
- 開き始め560Nm
- ストローク中期で420Nm
- 閉まり終わりで470Nm
アクチュエータは 3 つのチェック ポイントすべてで設計要件を上回っています。最小出力の比較に合格します。
ここで、最大供給圧力での可能な最大出力が 720 Nm である一方、確認されたバルブ MAST およびすべてのドライブトレイン制限が 900 Nm を超えていると仮定します。予備的な過負荷チェックにも合格します。取り付けインターフェース、ストローク時間、空気消費量、デューティ、フェールアクション、付属品、環境条件を確認するまでは選択は完了しませんが、トルクの比較は可能です。
アクチュエータがストローク中間で 280 Nm しか生成しなかった場合、たとえ始動トルクが 500 Nm の停止要件を超えていたとしても、アクチュエータは故障します。最大出力がステムやカップリングの限界を超えると、十分な作動トルクがあっても故障します。
取り付けと位置合わせによりフィールドの結果が変わる可能性があります
アクチュエータが正しく取り付けられていない場合、正しく計算しても動作が低下する可能性があります。横からの荷重、中心からずれたブラケット、不適切なドライブ アダプター、またはカップリングの噛み合いが不十分であると、摩擦が増大し、応力が集中する可能性があります。
ISO 5211:2026 では、フランジや駆動コンポーネントの寸法、基準トルク値など、パートターン アクチュエータの取り付けインターフェースに関する要件を定義しています。実際の負荷に合わせて中間ブラケットとカップリングを設計する必要性がなくなるわけではありません。直接取り付けが現実的でない場合、完全な取り付けキットは過度のたわみやバックラッシを生じることなくトルクを伝達する必要があります。
トルク設定を上げる前に、全ストロークを通してアクチュエータとバルブのアライメントを確認してください。のガイドを参照してください 位置がずれているバルブアクチュエータ 一般的な機械的影響について。
アクチュエータのサイジングに関するよくある間違い
公称バルブサイズのみを使用する
2 つの DN100 または 4 インチ バルブは、圧力クラス、シート、ステム、ベアリング システム、差圧が異なるため、異なるトルクを必要とする場合があります。サイズはトルク仕様ではありません。
ブレーキトルクのみ確認する
ブレークツーオープンは最大の需要かもしれませんが、自動的に唯一の重要なポイントになるわけではありません。走行、逆方向、座席の要件については、さらに比較する必要があります。
最低供給圧力の代わりに通常の供給圧力を使用する
空気圧出力は供給圧力とともに低下します。便利なカタログ圧力でサイジングを行うと、プラントの空気需要のピーク時にトルクの余裕がなくなる可能性があります。
スプリングストロークの無視
スプリングリターンアクチュエータは、フェイルストローク中に蓄積されたスプリングエネルギーでバルブを動作させる必要があります。エアストロークの性能だけでは安全動作を証明することはできません。
普遍的な安全係数の適用
固定パーセンテージでは、未知の堆積物、低温シール摩擦、または不確実なバルブ データは捕捉されません。また、バルブメーカーによってすでに含まれているマージンが重複する場合もあります。
最大許容トルク無視
アクチュエータが大きすぎると、ステムがねじれたり、ドライブトレインが損傷したりする可能性があります。過負荷チェックには、最大供給圧力とアクチュエータのトルク設定を含める必要があります。
トルクと推力を混同する
このガイドでは主にパートターン バルブに焦点を当てます。マルチターン ゲート バルブやグローブ バルブでは、ステムの形状、差圧、パッキンおよび着座荷重に基づいて、入力トルクに加えて推力の計算が必要になる場合があります。 4 分の 1 回転トルク法のみから線形または複数回転のアプリケーションをサイジングしないでください。
アクチュエータのトルクサイジングのワークフロー
- バルブの機能、通常の位置、および必要な故障位置を定義します。
- 正確なバルブ構造に関するメーカーのトルク データを入手します。
- 両流れ方向の最大差圧を確認します。
- 実際の媒体、温度、堆積物、周波数、アイドル時間に応じてバルブ トルクを補正します。
- 指定された値にすでにサービス マージンが含まれているかどうかを確認してください。
- 必要に応じて、プロジェクトで承認された安全係数を適用します。
- アクチュエータの最小空気圧または最悪の電源状態を特定します。
- 両方向の各臨界点でのアクチュエータ出力とバルブ要求を比較します。
- スプリングの戻りについては、エアストロークとスプリングストロークを別々に確認してください。
- 可能な最大出力における MAST、ギアボックス、ドライブ、カップリング、ブラケット、およびインターフェースの制限を確認してください。
- デューティサイクル、動作時間、時間当たりの起動数、環境、アクセサリを確認します。
- 前提条件と承認された構成をデータシートまたは見積書に文書化します。
バルブとアクチュエータのサイズ設定に関する RFQ チェックリスト
アクチュエータの選択をリクエストする前に、次の情報を提供してください。
| データグループ | 必要な情報 |
|---|---|
| バルブ | タイプ、サイズ、圧力クラス、モデル、ステム/ドライブの寸法、開口方向、取り付けインターフェース |
| プロセス | 媒体、固体または粘度、動作/設計圧力、差圧、動作/設計温度、流れ方向 |
| トルク | BTO、実行中、エンドツーオープン、ブレークツークローズ、エンドツークローズの値。テストベース。サービス要素が含まれます。マスト |
| 操作 | オン/オフまたは調整デューティ、1時間あたりのサイクル、必要な移動時間、緊急措置および最長アイドル期間 |
| 空気圧供給 | アクチュエータの最小および最大圧力、空気の質、故障位置、利用可能な空気量 |
| 電源 | 電圧、位相、周波数、制御信号、フィードバック、許容電圧変動とデューティ区分 |
| 環境 | 屋内/屋外の場所、周囲温度、腐食クラス、エンクロージャおよび危険区域の要件 |
| 付属品 | ソレノイドバルブ、リミットスイッチ、ポジショナー、フィルターレギュレーター、マニュアルオーバーライド、ローカルコントロールおよび通信プロトコル |
自動ボールバルブ アプリケーションの場合、Vcore Valve はバルブ構造とアクチュエーター構成を一緒にレビューできます。関連リソースには以下が含まれます プロセスオートメーション用の作動式ボールバルブ, 単動アクチュエータと複動アクチュエータ そして オートメーションシステム用の低トルクボールバルブ.
エンジニアリング上の決定の概要
バルブ アクチュエータのトルクのサイジングは、単一の数値を比較するものではなく、曲線のマッチングと限界チェックの作業です。アクチュエータは、必要な両方向の離脱時、移動時、および最終着座時に、補正されたバルブ要求を超える必要があります。空気圧の選択では、利用可能な最小空気圧を使用する必要があり、スプリングリターンの選択では、空気とスプリングのストロークを個別に検証する必要があります。電気的選択には、電源変動、デューティ、およびトルク制御動作を含める必要があります。
選択したアクチュエータは、ステム、ギアボックス、カップリング、および取り付けインターフェイスの最大許容トルク内に収まっている必要もあります。アクチュエータが大きくなれば自動的に安全になるわけではありません。信頼性の高い選択は、検証済みのバルブ トルク データ、明確なサービス想定、完全なバルブとアクチュエータのトルク プロファイルの文書化された比較から得られます。
構成のレビューをリクエストするには、バルブのタイプ、サイズ、圧力クラス、媒体、差圧、温度、動作周波数、必要な故障位置、利用可能な電源、およびプロジェクト文書の要件を Vcore Valve に送信してください。 バルブプロジェクトお問い合わせページ.
よくある質問
バルブの破壊トルクとは何ですか?
ブレーキトルクは、バルブを静止端位置から遠ざけるために必要なトルクです。閉じたバルブが最初に動き始めるときにシート荷重と静止摩擦が連動して作用するため、ブレークトゥオープントルクは多くの場合重要です。
ランニングトルクは常にブレーキトルクより低いのでしょうか？
いいえ、一部のボールバルブ設計ではこれより低いことがよくありますが、バルブの形状、差圧、流体力、堆積物、摩擦により、移動中に別の臨界点が生じる可能性があります。一般的なプロファイルを仮定するのではなく、バルブ メーカーの完全なトルク データを使用してください。
アクチュエータのサイズ設定にはどのような安全係数を使用する必要がありますか?
すべてのバルブやサービスに共通の要素はありません。この係数は、公開されているトルクにサービス修正が既に含まれているかどうかを考慮して、バルブ メーカーの推奨事項とプロジェクトの仕様に従う必要があります。 Emerson のサイジング例では係数 1.2 が示されていますが、これをすべてのアプリケーションのルールとして扱うべきではありません。
空気圧アクチュエータのサイズを最小空気圧に合わせなければならないのはなぜですか?
アクチュエータの出力は使用可能な空気圧に応じて減少します。配管や付属品による圧力損失、またはプラントの同時需要が高いと、アクチュエーターの圧力がコンプレッサーやヘッダーの圧力よりも低くなる可能性があります。
アクチュエーターがバルブに対して大きすぎる可能性はありますか?
はい。過剰な出力は、バルブステム、ギアボックス、ドライブアダプター、カップリング、または取り付けブラケットに過負荷をかける可能性があります。アクチュエータの最大出力およびトルク設定は、該当する機械的制限を下回っていなければなりません。
バルブトルクとMASTの違いは何ですか?
バルブトルクはバルブを動作させるために必要な量です。最大許容ステム トルク (MAST) は、超えてはならない構造上の制限です。正しく選択すると、MAST およびその他のドライブトレインの制限を下回ったまま、十分な動作トルクが得られます。
