【計装】調節弁のアクチュエータの設計の留意点について解説

今回の記事では調節弁のアクチュエータの設計の留意点について解説します。

調節弁のアクチュエータ（駆動部）とは、調節弁を構成する部分の中で、外部からの信号（例：DCS からの操作信号）に応じてトリム（バルブの要部）の位置を定める働きをする部分のことです。

アクチュエータは、調節弁の設置目的や運転条件に応じて調節弁が適切に動作できるようにする他、信号や駆動源が喪失した際はバルブが安全な位置に駆動するように設計されなければなりません。

次項からアクチュエータの詳細と設計の留意点について紹介します。

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アクチュエータの形式

アクチュエータには空気式、電動式、電油式に分けられ、空気式にはダイアフラム式とシリンダ式があります。

また、操作信号や駆動源が喪失したときのバルブ動作により、正動作形、逆動作形、無定位形、保持形があります。例えば、正動作形は、操作信号や駆動源が喪失した際は弁軸が上昇し、逆動作形は下降します。

それぞれのタイプの特徴を比較すると以下の表の通りとなります。

信頼性と設計の簡単さから、調節弁として最も一般的に使用されるのはスプリング式のダイアフラム式ですが、その他のタイプについては上表の特徴を元に選定されます。

例えば、高差圧の調節弁で大きな出力が必要な調節弁はシリンダー式が選定されることもあります。また、遮断弁の場合はシリンダー式が一般的ですが、大口径配管で高出力が要求される場合などには電動式（Motor Operated Control Valve）が選定されることもあります。

スプリングレス式（複作動型）を選定する場合は、基本的に付属品としてボリュームタンクの設置が必要です。

プラントエンジニアのおどりば

【計装】調節弁の主な付属品(アクセサリ)の種類と特徴について解説

🕒️2025年2月15日

今回の記事では調節弁の主な付属品(アクセサリ)について解説します。調節弁の設計では、バルブのタイプ、材質、サイズの他に、設置個所の流体や目的に応じて付属品（アクセサリ）の要否についても検討します。付属品の要否は計装設計部門と協議して決定することもありますが、P＆ID作成時に調節弁の仕様をある程度決めておく必要があるため、計装エンジニアだけでなく、P＆IDを作成するプロセスエンジニアも内容を理解しておく必要があります。主な付属品は次の通りです。・電磁弁（ソレノイドバルブ）・ポジショナ・ハンドホイール・...

作動方向

空気式のアクチュエータの作動方向には単作動型と複作動型があります。

単作動型（Single Action）

空気圧によって、1 方向にシリンダを作動（開方向あるいは閉方向）させるタイプは単作動型と呼ばれます。（スプリング式）

シリンダが動くことによって接続されたピン、ステムが回ることで弁の開閉が行われ、空気が排出されると内臓されたスプリングによりシリンダが元の位置に戻る構造になっています。

作動方向によって正動作、逆動作があり、空気圧の加圧時にバルブが開となるのは正動作、逆にバルブが閉となるのは逆動作と呼ばれます。

また、その構造から、空気源喪失時の動作も１方向となるので、フェイルポジションとしては、FC（Fail Close）かFO（Fail Open）のどちらかとなります。（ロックアップ弁適用時を除く）

複作動型（Double Action）

空気圧によって、２方向にシリンダを作動させるタイプは複作動型と呼ばれます。

単作動と違いスプリングは内蔵されておらず、左右空気室の一方に空気が入ると同時に、反対の空気室の空気を排気することでシリンダを作動させ、バルブの開閉を行う構造となっています。（スプリングレス式）

その構造から、空気源喪失時のフェイルポジションはFL（Fail Lock...弁の開度を維持）となりますが、ボリュームタンクを設置することで、蓄圧された空気源で、フェイルクローズかフェイルオープンとすることも可能です。
※バタフライ弁の場合には弁体が流体に押されて動くことがあるため、完全なFail Lock にならないので要注意

複作動型が選定されるのは、単作動型（スプリング式）を選定してしまうと大口径、高差圧のために強力なスプリングが必要となりコスト増となるようなケースです。

そのため、計装空気編源喪失への対応として、ロックアップ弁やボリュームタンク等の設置の検討が必要です。