空気圧アクチュエータ: 仕組みと主な用途

空気圧アクチュエータとは何ですか?またその仕組みは何ですか?

あ 空気圧アクチュエータ 圧縮空気のエネルギーを直線または回転の機械運動に変換し、バルブ、クランプ、グリッパー、その他の機械コンポーネントを制御します。 中心的な動作原理は単純です。加圧された空気がシリンダーまたはチャンバーに入り、ピストンまたはダイヤフラムを押し、制御された力と動きを生み出します。 このメカニズムはアクチュエータ自体に電気入力を必要としないため、爆発性または可燃性の環境でも本質的に安全です。

一般的な複動空気圧アクチュエータでは、圧縮空気がピストンの両側に交互に入り、動力による伸縮の両方が可能になります。単動 (スプリングリターン) 設計では、空気がピストンを一方向に駆動し、圧力が解放されると内部スプリングがピストンをデフォルトの位置に戻します。通常、動作圧力の範囲は次のとおりです。 4 ～ 8 bar (60 ～ 116 psi) ただし、頑丈なモデルは最大 10 bar 以上に対応できます。

空気圧アクチュエータの主な種類

空気圧アクチュエータはいくつかの構成で利用でき、それぞれが異なる動作と負荷の要件に適しています。

• ピストン (シリンダー) アクチュエーター: 直線運動を実現します。スライドゲート、ナイフゲート、リニアコントロールバルブなどに広く使用されています。ストローク長は 10 mm から 2,000 mm 以上が一般的です。
• ラックアンドピニオンロータリアクチュエータ: ピストンの直線運動を90°または180°の回転に変換します。ボールバルブ、バタフライバルブ、プラグバルブの規格です。
• スコッチヨークアクチュエーター: 開位置および閉位置で高トルクを生成します。石油およびガスのパイプラインの大型高圧ボールバルブに適しています。
• ダイヤフラムアクチュエーター: ピストンの代わりに柔軟な膜を使用します。微調整制御を提供し、化学物質の投与や水処理用の制御バルブで一般的です。
• ベーンアクチュエータ: 限られた角度の用途 (通常 90° ～ 270°) 向けのコンパクトな回転設計。スペースが限られている場所で使用されます。

適切なタイプの選択は、必要なトルクまたは力、ストローク/回転角度、速度、および制御されるプロセスの性質によって異なります。

ステンレス鋼の空気圧バルブ アクチュエータ: それがいつ、そしてなぜ重要なのか

標準的な空気圧アクチュエータは、多くの場合、アルミニウムまたはダクタイル鋳鉄で作られており、一般的な工業条件で良好に機能します。ただし、 ステンレス鋼の空気圧バルブ アクチュエータは、腐食、攻撃的な媒体、衛生基準、または極端な温度が重要な要素となる環境向けに特別に設計されています。

ステンレス鋼構造の主な利点

• 耐食性: 316L ステンレス鋼などのグレードは、塩化物、酸、塩水に耐性があり、海洋、海洋、化学処理施設には不可欠です。
• 衛生的コンプライアンス: 滑らかで非多孔質の表面は、食品、飲料、医薬品の製造に必要な FDA、EHEDG、および 3-A 衛生基準を満たしています。
• 温度範囲: ステンレス鋼のアクチュエータは、標準のアルミニウムユニットの限界をはるかに超える、-60°C ～ 200°C の範囲で構造的完全性を維持します。
• 長寿命: 表面劣化の減少は、メンテナンス頻度の低下と交換間隔の延長を意味し、トータルのライフサイクルコストを削減します。
• CIP/SIP の互換性: 表面を損傷することなく、定置洗浄および定置蒸気滅菌サイクルに耐えます。

代表的な仕様比較

空気圧アクチュエータの主な用途

空気圧アクチュエータは、高い出力力と迅速な応答時間（通常は 4分の1回転操作で1秒未満 )、および電気的危険に対する耐性。

石油、ガス、石油化学

スコッチヨークおよびラックアンドピニオンのアクチュエータは、緊急遮断 (ESD) バルブ、パイプラインの制御バルブ、およびブローダウンバルブを駆動します。これらは、危険場所の分類に関する API 6D および ATEX/IECEx 規格に指定されています。最大 48 インチの直径のパイプラインを処理するアクチュエータは、次のトルクを生成する必要があります。 100,000Nm 、大型の空気圧スコッチヨーク設計で実現可能です。

食品、飲料、医薬品

ステンレス鋼の空気圧バルブ アクチュエータは、衛生用途の業界標準です。 CIP 回路、無菌充填ライン、発酵タンクのダイヤフラム バルブ、バタフライ バルブ、ミックスプルーフ バルブを自動化します。潤滑の必要がない（オイルフリーの空気供給）ため、製品の汚染が防止されます。

水と廃水の処理

空気圧アクチュエータは、ポンプ ステーション、濾過システム、化学薬品投与ラインの隔離バルブと絞りバルブを自動化します。ポジショナーと組み合わせたダイアフラム アクチュエータは、pH または塩素投与の正確な流量調整を次の精度レベルで提供します。 フルスケールの±0.5% .

発電

蒸気タービンバイパス弁、ボイラー給水制御弁、冷却水遮断弁はすべて空気圧アクチュエータを使用しています。高サイクルデューティ設計は長期間持続可能 100万動作サイクル シールを交換する必要がなく、プラントの連続運転に不可欠です。

化学および鉱業

耐腐食性のアクチュエータ本体（コーティングされたアルミニウムまたは固体ステンレス鋼のいずれか）は、スラリー、酸、アルカリを処理します。頑丈な空気圧シリンダ アクチュエータは、以上の力がかかる鉱物加工におけるスラリーの流れを制御するナイフ ゲート バルブを動かします。 50kN 日常的です。

適切な空気圧アクチュエータの選択方法

適切に選択すると、過小サイズ（アクチュエータがバルブの開閉に失敗する）や過大サイズ（過剰な摩耗とコスト）を防ぐことができます。次の評価シーケンスに従います。

1. 必要なトルクまたは力を決定する — 少なくとも 1.25 の安全率を含めて、最大差圧でのバルブの破損、作動、および着座トルクを計算します。
2. モーションタイプを選択してください — バルブ設計に基づいてロータリー (4 分の 1 回転または複数回転) またはリニア。
3. フェイルセーフアクションの指定 — プロセスの安全要件に応じて、単動式 (開閉にスプリングが戻る) または複動式。
4. 供給圧力を定義する — アクチュエータのサイズを利用可能な計器の空気圧 (通常は 4 ～ 7 bar) に合わせます。
5. 素材を選ぶ — 一般用途にはアルミニウム。腐食性、衛生的、または高温環境用のステンレス鋼。
6. 認定を確認する — 危険区域用の ATEX、IECEx。食品および医薬品の場合は FDA/EHEDG。石油とガスの API 規格。
7. 付属品を検討する — 制御および監視のニーズに基づいたソレノイドバルブ、ポジショナー、リミットスイッチ、および手動オーバーライド。

空圧アクチュエータ、電気アクチュエータ、油圧アクチュエータ

空気圧アクチュエータが代替品と比べて優れている点を理解することは、適切なテクノロジーの選択を正当化するのに役立ちます。

空気圧アクチュエータは、速度、安全性、シンプルさの最適なバランスを実現します。 ほとんどの工業用バルブ自動化タスク、特に圧縮空気ユーティリティがすでに存在する場合に適しています。

設置、メンテナンス、トラブルシューティングのヒント

インストールのベストプラクティス

• 凝縮水を排出できるように空気ポートを向けてアクチュエータを取り付けます。湿気の多い環境では、ポートが真上を向くのを避けてください。
• 上流に FRL (フィルター・レギュレーター・ルブリケーター) ユニットを使用して、安定した圧力で清浄な乾燥空気を供給します。湿気は内部シールの劣化の主な原因です。
• 位置ずれを防ぐため、設置前にアクチュエータとバルブのカップリング寸法 (ISO 5211 フランジ規格が最も一般的) を確認してください。

定期的なメンテナンス

• 通常の使用では 12 ～ 18 か月ごと、または高サイクル用途では 500,000 サイクルごとにシールの状態を検査してください。
• 単動ユニットのスプリングのプリテンションを毎年チェックして、フェールセーフ性能が損なわれていないことを確認します。
• メンテナンス介入後は、エンド位置調整ネジとリミット スイッチの設定を確認してください。

一般的な障害と原因

• 動作が遅い: 空気供給チューブが詰まっているか、サイズが小さい。ホースのねじれやFRLフィルターエレメントの詰まりを確認してください。
• ストロークを完了できなかった場合: 供給圧力が不十分であるか、実際のバルブトルクに対してアクチュエータのサイズが小さすぎる。トルク要件を再計算します。
• あir leakage: Oリングまたはピストンシールが摩耗している。シールキットを交換し、ボア表面に傷がないか検査します。
• 位置が不安定: ソレノイドバルブの故障またはポジショナーの校正ドリフト。ソレノイドコイルの抵抗をテストし、ポジショナーを再校正します。

よくある質問

空気圧アクチュエータの一般的な寿命はどれくらいですか?

適切な空気品質とメンテナンスにより、ほとんどの空気圧アクチュエータは次のことを実現します。 100～300万サイクル 標準的な工業条件では 10 ～ 20 年の耐用年数があります。

どのような場合にアルミニウムではなくステンレス鋼の空気圧バルブ アクチュエータを選択すべきですか?

環境に腐食性化学物質、塩水への曝露、高温蒸気、または衛生規制 (食品、製薬) が含まれる場合は、ステンレス鋼を選択してください。一般的な乾式工業用途では、アルミニウムがコスト効率に優れています。

空気圧アクチュエータを調整 (スロットル) 制御に使用できますか?

はい。電空ポジショナと組み合わせると、空圧アクチュエータは、位置決め精度で連続変調制御を実現します。 ±0.5～1% 、ほとんどのプロセス制御アプリケーションに適しています。

空気圧アクチュエータに必要な空気供給圧力はどれくらいですか?

ほとんどの標準的なアクチュエータは次の速度で動作します。 4 ～ 7 bar (60 ～ 100 psi) 。アクチュエータの定格圧力範囲を常に確認し、内部腐食やシールの摩耗を防ぐために供給空気が濾過および乾燥されていることを確認してください。

単動空気圧アクチュエータと複動空気圧アクチュエータの違いは何ですか?

あ single-acting actuator uses air to move in one direction and a spring to return; it has a built-in fail-safe position. A double-acting actuator uses air pressure for both directions, offering more force in both strokes but no inherent fail-safe without an additional air reservoir or spring module.

あre pneumatic actuators suitable for ATEX hazardous zones?

はい。アクチュエータ本体に電気部品を持たない空気圧アクチュエータは、ゾーン 1 およびゾーン 2 の危険区域での使用に対して本質的に安全です。 ATEX 認定のソレノイド バルブは、遠隔地または認定エンクロージャ内に設置され、安全なシステムを完成します。