マルチターンアクチュエータとクォーターターンアクチュエータ: どちらがアプリケーションに適していますか?

産業オートメーションの世界では、流体の流れを正確に制御することが最も重要です。多くの自動化システムの中心となるのは、バルブを操作するために必要な力を提供する主力であるアクチュエーターです。最も一般的なタイプには、マルチターン アクチュエータと 1/4 ターン アクチュエータがあります。これら 2 つの間の選択は、一方が他方より優れているという問題ではなく、アプリケーションの特定の要求に基づいた重要な決定です。間違ったタイプを選択すると、効率の低下、早期故障、運用上の危険が生じる可能性があります。

基本的な動作原理を理解する

十分な情報に基づいた決定を下すには、まずこれら 2 つのアクチュエータ カテゴリの中心的な機械的違いを把握する必要があります。この基本的な違いにより、物理的な構造から現場での最終的な実装に至るまで、すべてが決まります。

クォーターターンアクチュエーターとは何ですか?

あ 1/4回転アクチュエータ は、限られた円弧 (通常は 90 度 (全円の 4 分の 1)) にわたって回転出力動作を提供するように設計されていますが、180 度バージョンも存在します。その主な機能は、比較的短い 1 回の回転でバルブを全開位置から全閉位置、または場合によっては中間状態に移動させることです。動作が速いため、高速な開閉サイクルが必要な用途に最適です。の内部メカニズム 1/4回転電動アクチュエータ 多くの場合、モーターの多回転回転を正確な 90 度の出力に変換するために、ウォーム ギアまたはスコッチ ヨーク機構が使用されます。このタイプのアクチュエータは、ギアが短く強力なストローク向けに最適化されているため、生成できるトルクに比べて本質的にコンパクトです。これらは、ボール バルブ、バタフライ バルブ、およびプラグ バルブを操作するための頼りになるソリューションであり、バルブ ステム自体は 4 分の 1 回転するだけで機能します。

マルチターンアクチュエータとは何ですか?

対照的に、 マルチターン電動アクチュエータ 出力ドライブを多数回転させるように設計されています。 90 度の短い回転の代わりに、動作しているバルブの全行程を達成するために数回から数百回の完全な回転を実行する場合があります。この設計は、出力トルクを大幅に増加させながら、電気モーターの高速速度をより低い出力速度に減速する単純なギア トレインを特徴としています。の マルチターン電動アクチュエータ これは、長いストロークにわたる正確な増分制御と同義です。これは、直線的に動くステムをかなりの距離にわたって昇降させる必要があるバルブの動作に必要な標準的な選択肢です。これらには、ゲート バルブ、グローブ バルブ、ライジング ステム ボール バルブが含まれます。開閉に多くの回転がかかるというその動作の性質そのものにより、本質的に動作が遅くなりますが、流路をより細かく制御できます。

主なパフォーマンス特性: 詳細な比較

基本的な動作原理は、一連の異なるパフォーマンス特性に直接つながります。これらの違いを理解することは、アクチュエータをアプリケーションの技術要件に適合させるために非常に重要です。

動作プロファイルと動作速度

最も明らかな違いは動作プロファイルにあります。あ 1/4回転電動アクチュエータ バルブを開く状態から閉じる状態まで動かすという主な機能を数秒で完了します。この短いサイクル時間は、緊急停止 (ESD) システムなど、安全またはプロセス上の理由から迅速な絶縁を必要とするアプリケーションにおいて大きな利点となります。迅速なアクションにより、移行中にプロセスが不確実な状態にある時間が最小限に抑えられます。

逆に言えば、動作速度は、 マルチターン電動アクチュエータ はるかに長い期間にわたって測定されます。多くのねじ山を介してバルブ ステムを駆動する必要があるため、全ストローク (開から閉まで) には数十秒、場合によっては数分かかる場合があります。これは欠点のように思えるかもしれませんが、制御するバルブにとっては必要な機能です。このゆっくりとした、より意図的な動きにより、流路を徐々に開閉することで配管システム内のウォーターハンマーを防止し、バルブを特定の中間位置に設定する必要がある場合の正確な絞り制御を可能にします。

トルク出力と推力能力

トルクを比較する場合、必要な力の種類を区別することが重要です。 4分の1回転アクチュエータ バルブステムに加えられる回転力である出力トルクによって主に評価されます。これらは、特に移動の開始時と終了時に高トルクを提供し、バルブシートの摩擦を克服し、しっかりとしたシールを確保するように設計されています。

あ マルチターン電動アクチュエータ ただし、最終的には直線推力、つまりバルブステムを押したり引いたりするために必要な力を提供する必要があります。アクチュエーターのギアはモーターのトルクをこの直線力に変換します。の 推力能力 これは、静摩擦だけでなく、バルブディスクまたはゲートに作用するプロセス圧力からの動的力も克服するのに十分でなければならないため、これらのデバイスにとって重要な仕様です。アクチュエータのサイズが小さすぎると、高い差圧に対してバルブを開くことができなかったり、バルブをしっかりと閉じることができなくなります。したがって、どちらのタイプも慎重なサイジングが必要ですが、 マルチターン電動アクチュエータ 信頼性の高い動作を保証するには、トルクと推力の両方の要件に特別な注意を払う必要があります。

制御と位置決め精度

シンプルなオン/オフ制御では、どちらのアクチュエータ タイプも非常に効果的です。しかし、それに関して言えば、 変調制御 または 位置決め精度 、それらの能力は異なります。あ 1/4回転電動アクチュエータ バルブを 0 ～ 90 度の位置に配置することで流量を変化させ、調整に使用できます。ただし、移動円弧が比較的短いため、精度は本質的に制限されます。バルブの流量特性によっては、回転位置の小さな変化が流量の比較的大きな変化を引き起こす可能性があります。

の マルチターン電動アクチュエータ この領域では優れています。多回転による長いストロークにより、極めて微細な位置制御が可能です。このため、プロセス ループ内の流量、圧力、レベルの制御など、精密なスロットル アプリケーションに非常に適しています。長い直線ストロークにわたってバルブ プラグまたはゲートを高精度に位置決めできるため、安定した再現可能な制御特性が得られます。そのため、優れた絞り機能で知られるグローブ バルブは、ほぼ独占的に操作されます。 マルチターン電動アクチュエータ 単位。

あpplication-Specific Analysis: Matching the Actuator to the Valve and Process

の theoretical performance differences crystallize into clear practical guidelines when we examine specific industrial applications. The choice is often dictated by the valve type and the primary function of the system.

4分の1回転アクチュエータの理想的な用途

の 1/4回転電動アクチュエータ 速度、コンパクトさ、信頼性の高い絶縁を優先するアプリケーションに最適です。主な産業と用途は次のとおりです。

• 隔離と遮断: これがその主な強みです。水処理プラント、化学処理、HVAC システムでは、 1/4回転電動アクチュエータ デバイスは、メンテナンスやプロセス制御のためにパイプ、タンク、または機器のセクションを隔離するための厳密な遮断を提供するために、ボールバルブやバタフライバルブと組み合わせて広く使用されています。
• 緊急シャットダウン (ESD): の fast cycle time is critical in safety systems. In the event of a detected fault, a 1/4回転電動アクチュエータ バルブを数秒で閉めて、危険なプロセスを隔離し、事故の拡大を防ぐことができます。
• 大量の気体または液体の取り扱い: パイプラインや配電網では、大口径バタフライバルブが作動します。 1/4回転電動アクチュエータ ユニットはコンパクトな設計と迅速な操作により効率的な絶縁に使用されますが、低速のマルチターン代替品では実現できません。

マルチターンアクチュエータの理想的な用途

の マルチターン電動アクチュエータ 精度、高推力、高圧システムの制御が要求されるアプリケーションにとっては、誰もが認める選択肢です。その典型的な用途は次のとおりです。

• スロットリングとフロー制御: あs a コントロールバルブアクチュエーター 、 マルチターン電動アクチュエータ 変調サービスでは比類のないものです。発電プラントでは、蒸気と給水を正確に制御するため、または精製プロセスで炭化水素の流れを調整するために、 マルチターン電動アクチュエータ プロセスの安定性と効率を維持するには、グローブバルブと組み合わせることが不可欠です。
• 高圧サービス: 高圧蒸気、石油、ガス用途で一般的なゲート バルブやグローブ バルブでは、バルブ閉鎖部材を押すプロセス流体からの力に打ち勝つために、かなりのステム推力が必要です。のギア マルチターン電動アクチュエータ は、この高い線形推力を生成するように特別に設計されており、唯一実行可能な電動オプションとなっています。
• 正確な段階的な動き: あny application that requires slow, steady, and precise linear movement benefits from this technology. This includes the control of needle valves in pilot plants or the operation of sluice gates in water management, where the マルチターン電動アクチュエータ 必要な正確な開口レベルを提供します。

重要な選択基準: バイヤーのための実践的なガイド

理論を超えて、最終的な選択を行うには、プロジェクトの特定のパラメータを体系的に評価する必要があります。次の表は主な決定要因をまとめたもので、その後に次のような重要な考慮事項について詳しく説明します。 フェールセーフ要件 そして デューティサイクル .

フェールセーフ要件の評価

あ critical safety and operational consideration is the behavior of the actuator upon a loss of power or a control signal. フェールセーフモード が重要な差別化要因となります。 4分の1回転アクチュエータ 多くの場合、スプリングリターン機構が実装されています。アクチュエータ ハウジング内では、作動ストローク中に大きなバネが充填されます。電力が失われると、スプリングはそのエネルギーを解放し、外部電力を必要とせずにバルブを自動的に安全な位置 (全開または全閉) に戻します。これはとして知られています フェイルセーフスプリングリターン デザイン。

実装する フェイルセーフ で機能する マルチターン電動アクチュエータ ストロークが長いため、より複雑になります。数百回転を逆転させるのに十分な大きさのスプリングリターン機構は、法外に大きく非効率的になります。したがって、最も一般的な解決策は次のとおりです。 スーパーキャパシタ または バッテリーバックアップ システム。停電時には、蓄積されたエネルギーを使用してモーターに電力を供給し、バルブを所定の安全な位置に駆動します。あるいは、手動オーバーライド ハンドホイールは両方のタイプにとって重要な機能であると考えられていますが、特に重要です。 マルチターン電動アクチュエータ メンテナンス中や停電中に手動で操作できるようにするためのユニットです。

デューティサイクルと熱保護

の デューティサイクル アクチュエータを動作させることができる周波数を指します。これは重要ですが、見落とされがちな仕様です。あ 1/4回転電動アクチュエータ は、動作が高速なため、通常、頻繁なサイクリングに適したデューティ サイクルを持ちます。モーターの動作時間が短くなり、発熱が少なくなり、動作間の冷却時間が長くなります。

対照的に、 マルチターン電動アクチュエータ フルストロークを実行すると、モーターが 1 分以上作動する場合があります。この延長された実行時間により、かなりの熱が発生します。頻繁に操作が必要な場合、モーターが過熱してトリガーされる可能性があります。 熱保護 損傷を防ぐためにスイッチをオンにし、アクチュエータをシャットダウンします。したがって、定期的な変調またはサイクルを必要とするアプリケーションの場合は、 マルチターン電動アクチュエータ 高い評価を得たモーターとギアボックスを搭載 デューティサイクル 。そうしないと、動作が遅れたり、アクチュエータ モーターが損傷する可能性があります。 1 時間あたりの必要な始動回数を理解することは、 アクチュエータのサイジング プロセス。

設置、メンテナンス、ライフサイクルに関する考慮事項

の long-term reliability and total cost of ownership are influenced by installation practices and maintenance needs. Both actuator types share common needs, such as proper alignment and environmental protection, but key differences exist.

インストールと統合

をインストールする 1/4回転電動アクチュエータ 一般的には簡単です。コンパクトな設計により、多くの場合直接取り付けブラケットを使用して、バルブへの取り付けが簡単になります。 90 度の移動は、開位置と閉位置を定義する機械式リミット スイッチを使用して簡単に設定できます。フィードバックと制御用の標準化された 4 ～ 20 mA またはデジタル バス信号により、制御システムへの統合も簡素化されます。

の installation of a マルチターン電動アクチュエータ より複雑になる可能性があります。ストロークが長く、ボディが大きく重い場合が多いため、スペースとサポートについて慎重に考慮する必要があります。重要な調整は、トルクと推力の制限を正しく設定することです。これらの制限は、バルブとアクチュエータ自体の主な保護です。設定値が高すぎると、アクチュエーターが過剰なトルクを与えてバルブ ステムを損傷する可能性があります。設定が低すぎると、全プロセス負荷の下でストロークを完了できない可能性があります。適切な アクチュエータのサイジング そして setup are therefore non-negotiable for reliable and safe operation. Furthermore, for rising stem valves, the actuator must be mounted in a way that accommodates the linear movement of the yoke without obstruction.

メンテナンスと耐久性

どちらのタイプの電動アクチュエータも、最小限のメンテナンスで長寿命になるように設計されています。どちらの場合も、主なメンテナンス作業は、メーカーのスケジュールに従って歯車列に定期的に注油することです。を提供するシール 侵入保護 また、電気コンパートメントやギアコンパートメントに湿気や汚染物質が入らないように、損傷を受けていないことを確認するために検査する必要があります。

の durability of a マルチターン電動アクチュエータ に大きく依存しています 推力とトルクの制限 設定。不適切なサイジングやリミット設定により過剰な負荷が繰り返しかかるアクチュエーターは、ギアやモーターの早期摩耗に見舞われます。の 1/4回転電動アクチュエータ は別の課題に直面しています。適切に制御されていない場合、急速な始動と停止による高い慣性力が機械コンポーネントやバルブステムにストレスを与える可能性があります。結局のところ、アクチュエータの寿命にとって最も重要な要素は、 1/4回転電動アクチュエータ または a マルチターン電動アクチュエータ 、特定のアプリケーションに対する正しい初期選択と適切な構成です。

結論: 情報に基づいた選択を行う

の decision between a multi-turn and a quarter-turn actuator is a foundational one in designing an efficient and reliable fluid control system. There is no universal winner; the correct choice is entirely contextual.

要約するには、次の項目を選択します。 1/4回転電動アクチュエータ アプリケーションにボール、バタフライ、またはプラグ バルブが含まれており、主な要件が以下の場合 オン/オフまたは絶縁デューティのための高速動作 、コンパクトなサイズ、シンプルなフェイルセーフ機構。これは、幅広い業界における隔離、緊急シャットダウン、一般的なオン/オフ サービスに最適なソリューションです。

逆に、 マルチターン電動アクチュエータ ゲート、グローブ、またはその他のリニア ステム バルブを操作する場合に必要かつ優れた選択肢です。 高いステム推力 そして 正確な位置決め 。低速の複数回転動作は、要求の厳しいスロットル アプリケーション、高圧サービス、および速度よりもフローの微調整が重要なシナリオ向けに特別に設計されています。

の most critical step in the selection process is a thorough analysis of the valve itself and the process requirements it serves. By carefully considering factors such as valve type, required operating speed, necessary force (torque or thrust), control mode (on/off vs. modulating), and fail-safe needs, engineers and buyers can confidently specify the correct actuator technology. This informed approach ensures optimal system performance, enhances safety, and maximizes the return on investment by extending the service life of both the valve and the actuator.