空気圧バルブのサイズを決める方法

圧縮空気は、電気、天然ガス、水に次ぐ4番目の重要なユーティリティと広く見なされています。そのため、空気圧は多くの産業に欠かせない要素です。空気圧に関しては、システムの最も重要な側面の1つはバルブです。

特に、方向制御エアバルブは、空気が一方向または別の方向に流れることを可能にするものです。これらは、空気圧システムの気流の方向を制御するために使用され、サイズを間違えると、システムの誤動作などのコストのかかる結果を招く可能性があります。

この記事では、空気圧バルブの適切なサイズ設定の基本と、検討する価値のあるさまざまなバルブオプションについて説明します。

サイジングの基本

空気圧バルブのサイズを正しく設定する場合は、さまざまな要素を考慮する必要があります。システムが正しく機能しなくなる可能性のある潜在的なエラーを回避するために、これがどのように行われるかを理解する必要があります。

フロー方程式を使用してサイズを決定する

最初に利用する必要があるものの1つは、流れの方程式です。この係数により、バルブがアクチュエータに供給できる流量を考慮することができます。関連する評価では、通常、「速度係数（Cv）」という用語が使用されます。 このCv（バルブフローとも呼ばれます）により、さまざまなバルブのフローを比較できます。 Cvの値が高い場合、フローも大きくなります。

バルブとシリンダーを一致させるには、次の方程式を利用できます。

Cv =（A×S×a×Cf）÷（t×29）

この式に含まれる変数は次のとおりです。

• A =シリンダーピストン面積（π×r2）
• S =シリンダーストローク
• t =時間（秒単位）
• a =圧力損失定数
• Cf =圧縮率
• （t×29） =圧力が開始圧力から終了圧力まで低下するのにかかる時間（秒単位）

最後の2つの変数は、サイジングファクターの表またはグラフから使用された値に基づいて変化することに注意してください。

バルブサイズ表

バルブのCvをすばやく決定したい場合は、バルブのサイズ表を利用することもできます。このグラフには通常、Cvのさまざまな値があり、より一般的な値のいくつかは0.015、0.030、および0.060です。

バルブサイズチャートは、各バルブサイズの最大空気流量を示します。また、バルブを開閉するために必要な圧力を決定することもできます。

バルブのCvはメーカーによって異なることにも注意してください。サイジングチャートには、ニーズに合った正しいCvを決定するためのすべての情報が含まれている必要があります。さらに、専門家は、空気圧システムのさまざまな損失を考慮して、バルブのサイズを約25％大きくすることを推奨しています。

サイジングをより具体的にしたい場合は、システム内の各コンポーネントのCvを計算することもできます。これにより、必要な気流の量をより正確に把握できます。

CvをSFCMおよびESEOD（同等の正方形のエッジオリフィス直径）に変換する

バルブのCvを他の2つの定格に変換すると役立つ場合があります。標準の立方フィート/分（SCFM）と同等の正方形のエッジオリフィス直径（ESEOD）です。これらの定格は、バルブが提供できる流量を決定しようとするときに役立ちます。

CvをSCFMに変換するには、次の式を使用できます。

SCFM=Cv÷F

CvをESEODに変換するには、次の式を使用できます。

ESEOD =（Cv×F）÷P

これらの方程式に含まれる変数は次のとおりです。

• P =PSIでの圧力
• T =華氏での温度。
• F =ファクター

プレッシャー（P）とファクター（F）の両方が、会話ファクターテーブルから取得されることが多いことに注意してください。履歴書をSCFMに変換しようとしているとしましょう。

Cv値は0.48で、100PSIで動作しています。会話係数テーブルを見ると、100PSIが0.0177に等しいことがわかります。

したがって：

SCFM=Cv÷F

27（SCFM）=0.48（Cv）÷0.0177（ファクター）

これは、SCFMに係数を掛けることによって逆にすることもできます：

SCFMxファクター=Cv

27（SCFM）x 0.0177（ファクター）=0.48（Cv）

さまざまなバルブオプション

空気圧バルブを見ると、さまざまなタイプが利用可能であることがわかります。最も一般的なものは次のとおりです。

5ポート4方弁

5ポート4方弁には、バルブのシリンダーポートごとに個別の排気ポートがあります。そうすることで、各シリンダーポートを個別に制御できるように、排気口にフロー制御を追加できます。これは、複動式シリンダーを制御するときに最もよく使用されます。

3ポジション、5ポート4方弁

これらのバルブは、3つの可能な中心位置があることを除いて、5ポート4方弁と同じです。位置1と3は、5ポート4方弁の場合と同じです。ただし、中央位置では、バルブが非作動のときに何が起こるかについて3つの異なるオプションが可能です。可能な3つの位置は、排気センター、圧力センター、ブロックセンターです。排気センター位置では、両方のシリンダーポートが開いて排気されます。圧力中心位置では、両方のシリンダーポートに圧力がかかります。最後に、ブロックされた中央の位置では、すべてのポートがブロックされます。

このタイプのバルブは、シリンダーロッドが特定の位置に移動してそこに留まる必要がある操作にも最適です。

5ポートと4ポートの4方弁

5ポートバルブと4ポートバルブの主な違いは、5ポートバルブにはシリンダーポートごとに個別のポートがあり、4ポートバルブには同じ排気ポートに向かう2つの排気フローがあることです。 5ポートバルブは複動式シリンダーの制御を容易にしますが、4ポートは、この個別の制御が不要な場合に使用される傾向があります。

三方弁と四方弁

3方向バルブは、シリンダーポートが1つしかないという点で4方向バルブとは異なります。ノーマルクローズのアプリケーションでは、バルブが作動すると、空気が供給ポートからシリンダーポートに送られます。バルブが非作動になると、バルブはシリンダーポートを開いて排気します。ノーマルオープンのアプリケーションでは、バルブが作動していないときに、空気が供給ポートからシリンダーポートに流れているという違いがあります。作動すると、空気の流れはシリンダーポートから排気ポートに流れます。

四方弁は、通常は閉じているシリンダーポートが排気に流れる間、供給から通常開いているシリンダーポートへの連続的な流れを可能にします。バルブが作動すると、フローが切り替わり、通常開いているシリンダーポートを使い果たし、通常閉じているポートを加圧します。

ほとんどの3方向バルブは単動式シリンダーを操作しますが、4方向バルブは複動式シリンダーを操作します。ハンフリーバランスバルブ、310/410、および320/420モデルは、これらのバルブの完璧な例です。

ポペットバルブとスプールバルブおよびそれらの理想的な用途

ポペットバルブは、迅速な応答時間が必要なアプリケーションで使用されます。また、高速アプリケーションでの使用にも適しています。これらのバルブは、空気圧アクチュエータ、エアツール、およびパイロットバルブとしてよく使用されます。

一方、スプールバルブは低速アプリケーションでの使用に適しています。また、小さいサイズで高流量が必要なアプリケーションでもよく使用されます。これらのバルブは通常、工場の自動化アプリケーションで使用されます。

ポペットバルブは直動式バルブであることが多く、スプールバルブはパイロット操作またはリモートパイロットバルブです。

プロポーショナルバルブとデジタルバルブ

プロポーショナルバルブは、気流の正確な制御が必要なアプリケーションでよく使用されます。これらのバルブは、可変電気信号を介してバルブの流れを制御できます。

一方、デジタルバルブには、オンとオフの2つの状態しかありません。これらのバルブを使用して、回路の開閉、空気の流れの開始と停止、または空気の流れの方向の変更を行うことができます。

ハンフリーPV3、PV10、およびPC30は、よく知られている比例バルブです。デジタルバルブの場合、ハンフリーバランスバルブが一般的な選択肢です。

液体バルブ

このタイプのバルブは、液体の流れを制御するために使用されます。液体の流れを正確に制御する必要があるアプリケーションでよく使用されます。このタイプのバルブの最も一般的な用途は、医療および診断アプリケーションです。ハンフリーiDPシリーズとHK5は、優れた液体バルブモデルと見なされています。

時間をかけて

今日の記事では、利用可能なさまざまなタイプのバルブとその理想的な使用法について説明します。また、さまざまな流量方程式を使用して空気圧バルブの適切なサイズ設定に関する情報を提供し、考慮する必要のあるさまざまな要素を共有しました。

安全性と効率を確保するために、空気圧バルブのサイズを適切に設定し、このガイドで共有した手順に従うことを検討してください。

疑問がある場合は、常に専門家の助けを求めるか、信頼できる製造業者または販売業者に相談してください。

John Henry Fosterは、高品質のアクチュエータ、コンプレッサー、および空気圧バルブの大手販売代理店です。空気圧バルブについてさらに質問がある場合、またはシステムを最適化する方法を探している場合は、今すぐお問い合わせください。私たちのスペシャリストチームは、サービスを提供する準備ができています。