フェイルセーフ機能は、空気作動バルブでどのように機能しますか？
ご伝言
現代の産業自動化の分野では、流体制御は重要なリンクです。空気作動バルブは、石油化学、電力、水処理、食品、薬などの多くの業界で広く使用されています。その単純な構造、迅速な応答、高い安全性により。ただし、産業環境では、システムまたはエネルギー供給を制御するための予期しない中断がしばしば発生します。このような予期せぬ状況下で生産プロセスが事前に安全な状態になり、機器の損傷、環境汚染、さらには犠牲者を避けることができるようにするために、空気作動バルブは通常、「フェイルセーフ」機能で設計されています。この記事では、空気作動バルブのフェイルセーフ機能の基本的な概念と実用的な原則、および産業の安全性を確保する上でのその重要性を掘り下げます。
フェイルセーフとは何ですか？
いわゆる「フェイルセーフ」は、システムが主要なコンポーネント（制御信号や電源など）の障害に遭遇すると、外部介入なしでリスクを最小限に抑えることができるプリセットの安全状態に自動的に切り替えることができることを意味します。空気作動バルブの場合、この「安全な状態」とは、通常、バルブが完全に開いている（フェールオープン、FO）または完全に閉じている（フェイルクロース、FC）を指します。選択される状態は、特定のプロセスにおけるバルブの安全要件によって異なります。
たとえば、緊急燃料供給の遮断に使用されるバルブのフェールセーフ状態は、制御が失われた場合に燃料が流れ続けるのを防ぐために「フェイルクロース」する必要があります。一方、冷却給水に使用されるバルブのセーフ状態は、制御が損傷の過熱を回避できない場合に重要な機器を冷却し続けることができるように、「フェイルオープン」に設定する必要があります。フェールセーフ設計の目的は、通常の制御機能が失われたときに、内部メカニズムに依存してバルブにこのプリセットの安全な位置に到達させるように強制することです。
フェイルセーフメカニズム
空気作動バルブがフェールセーフ機能を達成するための最も一般的な方法は、スプリングリターン関数を備えた単一作用空気作動バルブ（単一作用スプリングリターンアクチュエータ）を使用することです。このアクチュエータには、空気室とリターンスプリングが含まれています。その作業原理は、通常の動作中に、制御システムがアクチュエータの空気チャンバーに圧縮空気を通過し、ガス圧がピストンまたはダイヤフラムに作用する2つの段階に分けることができます。生成されたスラストは、スプリングのプリロード力とバルブ操作の摩擦と媒体の力を克服し、バルブステムを動かして動きます。バルブは作業に必要な位置に到達します（たとえば、「故障した」タイプの場合、換気は通常の動作中にバルブを開きます）。
このプロセス中に、スプリングが圧縮または伸び、ポテンシャルエネルギーを保存します。圧縮された空気供給の中断（空気源パイプラインの破裂、空気圧縮機のシャットダウンなど）や、空気回路を制御するソレノイドバルブの電力の損失など、空気回路を遮断するなど、空気路に入る圧力が急速に消えます。この時点で、以前に圧縮または伸びたスプリングの保存されたポテンシャルエネルギーが放出され、ピストンまたはダイアフラムが逆動きでプッシュされ、バルブステムを駆動してバルブをプリセットフェールセーフ位置に駆動します（たとえば、「フェイルクローズ」バルブは自動的に閉じます）。プロセス全体は、ばねの機械的力に完全に依存しており、外部エネルギーや信号に依存していないため、障害が発生した場合に運用上の信頼性が確保されます。
フェールセーフトリガー
最新の産業自動化システムでは、空気作動バルブの「フェイルセーフ」関数は、通常、圧縮空気の実際の供給の中断と、制御信号の故障または中断という2つの主な理由によって引き起こされます。
第一に、空気源の観点から見ると、圧縮空気供給の損失が最も一般的なトリガーです。操作中、空気圧縮機の動作が停止した場合、ガスタンクの圧力が設定された下限に低下し、メインパイプラインに明らかな漏れがあり、腐食、振動などによりガス供給パイプラインの破裂があります。さらに、エアフィルター、圧力調節因子、潤滑剤など、コントロールエア回路にはいくつかの重要な補助コンポーネントがあります。これらのコンポーネントが汚染、閉塞、または老化の故障により下流の圧力の低下を引き起こす場合、実際にアクチュエータが受けた空気圧力が不十分です。圧力がバルブ本体の摩擦やスプリングのプリロードを克服できない臨界点に低下すると、アクチュエータは元の空気圧を自動的に放出し、スプリングメカニズムが介入してフェイルセーフアクションを開始します。
第二に、電子制御部品からの制御信号の喪失は、無視できないトリガーパスでもあります。ほとんどの空気圧制御システムでは、アクチュエータ空気源の開閉と閉鎖はソレノイドバルブによって制御されます。ソレノイドバルブが機能すると、電流に依存してコイルを駆動して磁場を生成し、バルブコアがオープン状態にあるか、圧縮空気がアクチュエータの作業チャンバーに入るかどうかを制御します。ソレノイドバルブが制御システムの停電、異常なリレー操作、ワイヤー接触不良、モジュールの故障により電力を失うと、内部リターンスプリングは、バルブコアがデフォルト位置に戻るように強制されます。この時点で、ソレノイドバルブはエアインレットチャネルを閉じるだけでなく、排気チャネルを開く可能性もあり、アクチュエータの内部圧力が迅速に低下します。この状態では、アクチュエーターの作業室は圧力を失い、その内側の元々圧縮されたスプリングは保存されたエネルギーを放出し、ピストンを後ろに押し、バルブを事前に設計された「フェイルセーフ位置」に駆動します。
