高精度が要求される重要なアプリケーションにおけるソフトスタートの重要性

2023 年 5 月 1 日 スポンサー付きコンテンツ別

バルブを選択する際には、検討すべきパラメータが多数ありますが、精密な機器が関係しており、流体解析などのアプリケーションで精度が重要な場合は、初期流量が驚くべきものになる可能性があるため、流れのリフトオフの特性を考慮する必要があります。システム全体の寿命と動作に影響を与えます。 たとえば、バルブが急激な流れの急増を許容すると、油圧ショック (ウォーター ハンマーまたは流体ハンマーとも呼ばれる) が発生する可能性があります。 これは、図 1 で確認できます。丸で囲んだ領域は、リフトオフまたはバルブの開放時に発生する急激な流れのスパイクを示しています。

突然のリフトオフの一般的な原因

突然のリフトオフは通常、入口（通常はノズル）の内部シール面がバルブの作動シール面とどのように係合するかによって発生します。バルブは、最も一般的には表面にゴムが付着したポペットです。 残念ながら、ゴム (バイトン、EPDM など) の性質上、固着、変形、劣化が起こりやすく、特定の状況では、急激に外れる前にポペットがノズルにくっついてしまうことがあります。 機械的な不規則性も、流量の突然の増加を引き起こしたり、その原因となることがありますが、それらは、バネや摩擦力など、バルブの設計に非常に特有のものです。

ゲート バルブ、ボール バルブ、ニードル バルブなど、特定のタイプのバルブには、フローのリフトオフやサージ、ハンマーを軽減するのに適した特性があります。 アプリケーションでの突入流を制限するには、バルブの作動オリフィスがその自由領域で可変である必要があります。 ポペットバルブやスプールバルブなどの一般的な制御バルブはオリフィスが固定されているため、シール面のリフトがオリフィスの全周にわたって作用します。 これにより、フローの初期スパイクが発生します。 たとえば、0.001 の制御リフトを備えた 0.006 のオリフィスは、6.5% の全流量を表し、これは突然のリフトオフまたはジャンプに相当します。

システムとアプリケーションに対するフローの影響

油圧衝撃は、振動、騒音、さらにはパイプやシールの破損/破損を引き起こす可能性があります。 特に繊細なシステムの場合、機械の寿命やメンテナンス スケジュールだけでなく、スムーズで一貫した流れのリフトオフを確保することが重要です。 流量の突然の変化は、たとえ短時間であっても、投薬や換気制御などの制御が重要な用途だけでなく、小型血圧計カフなどのシステムの側面を測定するために機器を利用する場合にも、特に有害でコストがかかる可能性があります。 流量の突然のスパイクは、ゲージが時間内に測定して中継するには高すぎる可能性があり、測定値が不正確または不完全になる可能性があります。

図 1: 突然のリフトオフ

図 2: ソフトスタート

媒体に対するフローの影響

流量の急激なスパイクは、時期尚早または過剰な量の媒体がラインに入る可能性もあり、サンプル抽出などの重要な用途では、高価な試薬/溶媒が無駄になったり、不正確な分析につながる可能性があります。 また、液体内の細胞や化合物が分解する溶血や均質分裂の影響を受けやすい血液やその他の敏感な液体など、媒体自体の状態も考慮する必要があります。 乱流は化学結合の緩みを増加させるため、流れの中断や衝撃を最小限に抑えることで、繊細なサンプルの破壊や破損を防ぐことができます。 したがって、繊細な用途向けのバルブは、乱流を最小限に抑え、コンポーネント、内部計装、および流体組成を損傷から保護する流れプロファイルを提供する必要があります。 これを達成するには、「ソフト スタート」が推奨されます (図 2 を参照)。 図示されている以前のリフトオフとは異なり、「ソフトスタート」は、（電流または指定されたステップごとに）比例した流量にスムーズに緩和する前に、流れを穏やかに導入します。

曲線の一貫性

流量曲線がバルブ間で同じ傾向に従うようにすること、特にリフトオフ特性は、生産の一貫性と製品の信頼性を高めるために重要です。 結局のところ、マイクロリットルの流量を可能にする優れたローエンド制御は、それが再現可能である場合にのみ優れています。 ただし、完全に同一のバルブは 2 つ存在しないため、2 つのバルブがまったく同じ動作をすることはないことも認識する必要があります。 したがって、代わりにすべてのバルブが動作する範囲が存在する必要があります。 バルブを選択するときは、特定のバッチ内のすべてのバルブが十分に均一であり、特定の用途で期待どおりに動作できるように、この範囲を知って理解する必要があります。 これは特にリフトオフに関係する可能性があります。

したがって、バルブを選択するときは常に、バルブのリフトオフ特性に留意し、それがアプリケーションをサポートするか妨げるかを考慮することが重要です。

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