(57)【要約】【課題】既存のバルブと組み合わせて浸食の自動診断が可能なバルブ診断装置、及びこれを用いたバルブ装置、並びにバルブ診断方法を提供する。【解決手段】バルブ診断装置３００は、診断対象であるバルブ１００の開閉を行う弁体１０に向けて超音波ＵＳを発信する超音波発信部１０４と、超音波発信部１０４から発信された超音波ＵＳを受信する超音波受信部１０８と、超音波発信部１０４を駆動し、超音波受信部１０８による受信信号を処理する制御部１０２と、受信信号を記憶する記憶部１１２とを備え、制御部１０２は、バルブ１００の初期状態と診断時とにおける受信信号の強度差から、弁体１０の浸食を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断対象であるバルブの開閉を行う弁体に向けて超音波を発信する超音波発信部と、
前記超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、
前記超音波発信部を駆動し、前記超音波受信部による受信信号を処理する制御部と、
前記受信信号を記憶する記憶部と
を備え、
前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける前記受信信号の強度差から、前記弁体の浸食を検出することを特徴とするバルブ診断装置。
【請求項２】
前記記憶部は、前記バルブの初期状態における前記バルブの開閉度と前記受信信号の強度との関係をあらかじめ記憶しており、
前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける、同一の前記バルブの開閉度に対する前記受信信号の強度差から前記弁体の浸食を検出する、請求項１に記載のバルブ診断装置。
【請求項３】
複数の超音波発信部と、前記複数の超音波発信部から発信された超音波を受信する複数の超音波受信部とを備え、
前記記憶部は、前記バルブの初期状態における前記バルブの開閉度と前記複数の超音波受信部からの複数の受信信号の強度との関係をあらかじめ記憶しており、
前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける、同一の前記バルブの開閉度に対する前記複数の受信信号の少なくとも一部の受信信号の強度差から前記弁体の浸食を検出する、請求項２に記載のバルブ診断装置。
【請求項４】
前記少なくとも一部の受信信号は、前記複数の超音波受信部のうち、診断時における前記弁体の所定の部位に最も近い超音波受信部による受信信号である、請求項３に記載のバルブ診断装置。
【請求項５】
前記制御部は、弁体における流体によって浸食されない部位の上下方向位置を検出することによって前記バルブの開閉度の情報を取得する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載のバルブ診断装置。
【請求項６】
前記弁体の浸食の検出結果を送信するデータ送信部を更に備え、
前記制御部は、前記弁体の浸食を所定の周期で検出し、当該検出結果を前記データ送信部から外部に送信する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ診断装置。
【請求項７】
前記弁体の浸食に関する情報を送信するデータ送信部を更に備え、
前記制御部は、前記弁体の浸食を所定の周期で検出し、当該検出結果が所定の閾値を超えたときに警告信号を前記データ送信部から外部に送信する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ診断装置。
【請求項８】
弁体の移動により流体の流量制御を行うバルブと、
前記弁体に向けて超音波を発信する超音波発信部と、
前記超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、
前記超音波発信部を駆動し、前記超音波受信部による受信信号を処理する制御部と、
前記受信信号を記憶する記憶部と
を備え、
前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける前記受信信号の強度差から、前記弁体の浸食を検出することを特徴とするバルブ装置。
【請求項９】
前記バルブは、先細形状の弁体を有するニードル型バルブである、請求項８に記載のバルブ装置。
【請求項１０】
バルブの初期状態において、弁体に向けて発信された超音波を受信し、受信信号の強度を記憶するステップと、
バルブの診断時において、前記弁体に向けて発信された超音波を受信し、受信信号の強度を取得するステップと、
前記バルブの初期状態と診断時とにおける、前記受信信号の強度差を算出するステップと、
前記受信信号の強度差から、前記弁体の浸食を検出するステップと
を含むことを特徴とするバルブ診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バルブ診断装置、バルブ装置、及びバルブ診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油やガスの流量制御等に用いられる各種バルブは、砂などの固形物を含んだ流体が高速で内部を流れることがあり、それらの固形物がバルブに衝突することで生じる部材の浸食が問題となっている。
【０００３】
このような問題に対して、例えば特許文献１には、bean 78とvalve body 12の間のouter depressurized cavity 92の圧力をpressure port 98を通して監視することで、Multiple Orifice型のバルブの浸食を診断することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１２３３５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のバルブでは、bean 78とvalve body 12の間のouter depressurized cavity 92の圧力をcavity seal 94,96によってバルブ内の圧力とは独立させる必要があるため、特殊な構造のバルブを製造する必要がある。従って、工場において既に稼働中のバルブや既存のバルブに、後から特許文献１に記載の診断技術を適用することはできなかった。
【０００６】
本開示は、このような問題点を解決することを課題とするものであり、その目的は、既存のバルブと組み合わせて浸食の自動診断が可能なバルブ診断装置、及びこれを用いたバルブ装置、並びにバルブ診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
幾つかの実施形態に係るバルブ診断装置は、診断対象であるバルブの開閉を行う弁体に向けて超音波を発信する超音波発信部と、前記超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、前記超音波発信部を駆動し、前記超音波受信部による受信信号を処理する制御部と、前記受信信号を記憶する記憶部とを備え、前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける前記受信信号の強度差から、前記弁体の浸食を検出することを特徴とする。このような構成の採用によって、既存のバルブにバルブ診断装置を組み合わせることで、弁体の浸食量を検出することができるので、既に工場等で稼働しているバルブや既存のバルブ製品の弁体の浸食の自動診断を行うことが可能となる。これによって、バルブが用いられるプラント等の作業者が直接バルブの検査を行う費用を抑制することもできる。
【０００８】
一実施形態において、前記記憶部は、前記バルブの初期状態における前記バルブの開閉度と前記受信信号の強度との関係をあらかじめ記憶しており、前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける、同一の前記バルブの開閉度に対する前記受信信号の強度差から前記弁体の浸食を検出してもよい。このような構成の採用によって、弁体の浸食量と相関があると考えられる初期状態と診断時の受信信号強度の強度差を定量化することができるので、弁体の浸食量をより正確に検出することができる。
【０００９】
一実施形態において、複数の超音波発信部と、前記複数の超音波発信部から発信された超音波を受信する複数の超音波受信部とを備え、前記記憶部は、前記バルブの初期状態における前記バルブの開閉度と前記複数の超音波受信部からの複数の受信信号の強度との関係をあらかじめ記憶しており、前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける、同一の前記バルブの開閉度に対する前記複数の受信信号の少なくとも一部の受信信号の強度差から前記弁体の浸食を検出してもよい。このような構成の採用によって、複数の超音波受信部からの複数の受信信号の強度のうち、弁体の浸食と相関が高い受信信号の強度を選択して用いることができるので、弁体の浸食量をより正確に検出することができる。
【００１０】
一実施形態において、前記少なくとも一部の受信信号は、前記複数の超音波受信部のうち、診断時における前記弁体の所定の部位に最も近い超音波受信部による受信信号であってもよい。このような構成の採用によって、複数の超音波受信部からの複数の受信信号の強度のうち、弁体の部位のうち、流体による浸食が起き易いと考えられるニードル部に最も近い超音波受信部からの受信信号の強度を選択して用いることができるので、弁体の浸食量をより正確に検出することができる。
【００１１】
一実施形態において、前記制御部は、弁体における流体によって浸食されない部位の上下方向位置を検出することによって前記バルブの開閉度の情報を取得してもよい。このような構成の採用によって、バルブの開閉度の情報が、弁体の浸食の影響を受け難くすることができるので、より正確なバルブの開閉度の情報に基づいて弁体の浸食量をより正確に検出することができる。
【００１２】
一実施形態において、前記弁体の浸食の検出結果を送信するデータ送信部を更に備え、前記制御部は、前記弁体の浸食を所定の周期で検出し、当該検出結果を前記データ送信部から外部に送信してもよい。このような構成の採用によって、弁体の浸食に関する情報が定期的にプラントの管理者等に送信されるので、プラントのメンテナンスを容易化することができる。
【００１３】
一実施形態において、前記弁体の浸食に関する情報を送信するデータ送信部を更に備え、前記制御部は、前記弁体の浸食を所定の周期で検出し、当該検出結果が所定の閾値を超えたときに警告信号を前記データ送信部から外部に送信してもよい。このような構成の採用によって、弁体の浸食量が所定量を超えたことがプラントの管理者等に警告信号として送信されるので、プラントの異常を速やかに把握することができる。
【００１４】
幾つかの実施形態に係るバルブ装置は、弁体の移動により流体の流量制御を行うバルブと、前記弁体に向けて超音波を発信する超音波発信部と、前記超音波発信部から発信された超音波を受信する超音波受信部と、前記超音波発信部を駆動し、前記超音波受信部による受信信号を処理する制御部と、前記受信信号を記憶する記憶部とを備え、前記制御部は、前記バルブの初期状態と診断時とにおける前記受信信号の強度差から、前記弁体の浸食を検出することを特徴とする。このような構成の採用によって、バルブの弁体の浸食の自動診断を行うことが可能となる。これによって、バルブが用いられるプラント等の作業者が直接バルブの検査を行う費用を抑制することもできる。
【００１５】
一実施形態において、前記バルブは、先細形状の弁体を有するニードル型バルブであってもよい。このような構成の採用によって、弁体のニードル部に向けて発信した超音波の一部がニードル部で反射されると共に、他の一部をニードル部の前後方向両側を通過させて超音波受信部で受信することができる。従って、超音波受信部において、前後方向から見たニードル部の大きさに対応する受信信号を受信することができるので、受信信号強度から弁体の浸食量をより正確に検出することができる。
【００１６】
幾つかの実施形態に係るバルブ診断方法は、バルブの初期状態において、弁体に向けて発信された超音波を受信し、受信信号の強度を記憶するステップと、バルブの診断時において、前記弁体に向けて発信された超音波を受信し、受信信号の強度を取得するステップと、前記バルブの初期状態と診断時とにおける、前記受信信号の強度差を算出するステップと、前記受信信号の強度差から、前記弁体の浸食を検出するステップとを含むことを特徴とする。このような構成の採用によって、バルブの弁体１０の浸食の自動診断を行うことが可能となる。これによって、バルブが用いられるプラント等の作業者が直接バルブの検査を行う費用を抑制することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本開示によれば、既存のバルブと組み合わせて浸食の自動診断が可能なバルブ診断装置、及びこれを用いたバルブ装置、並びにバルブ診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示の一実施形態に係るバルブ診断装置と組み合わせて用いるバルブの断面図である。
【図２】図１のバルブにバルブ診断装置を組み合わせた、本開示の一実施形態に係るバルブ装置の断面図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るバルブ診断装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本開示の一実施形態に係るバルブ診断装置によりバルブ診断を行うための各ステップを示すフローチャートである。
【図５】本開示の一実施形態に係るバルブ診断装置によって受信される受信信号強度とバルブの開閉度との関係を示す概略図である。
【図６】本開示の一実施形態に係るバルブ診断装置における、超音波発信部及び超音波受信部の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照し、本開示の一実施形態について説明する。まず、本実施形態に係るバルブ診断装置３００と組み合わせて用いるバルブ１００について説明する。図１に示すように、バルブ１００は、流体を通す流路を形成するバルブ本体３０と、図１の上下方向に動くことで流体の流量を制御する弁体１０と、弁体１０との間で流体の流れを制限し、弁体１０が上方から着座することで流体の流れを阻止する弁座２０とを備えている。
【００２０】
本明細書、特許請求の範囲、要約書および図面では、図１の上下方向をバルブ１００の上下方向とする。また、図１の左側をバルブ１００の前側とし、図１の右側をバルブ１００の後側とする。また、図１における紙面に垂直な方向を、バルブ１００の左右方向とする。図１における中心軸線Ｃは、弁体１０及び後述するバルブ本体３０の外筒部３２に共通の中心軸線である。
【００２１】
また、本明細書、特許請求の範囲、要約書および図面において、バルブ１００の初期状態とは、バルブ１００の弁体１０等に大きな磨耗が生じておらず、バルブ１００が正常に動作可能な状態をいう。
【００２２】
バルブ本体３０は、図１に示すように、上下方向に延び、弁体１０及び弁座２０を内部に収容する筒状の外筒部３２と、外筒部３２の略中央高さから前方に延び、流体の流入口３４ａを形成する流入筒部３４と、外筒部３２の上端部に嵌合し、弁体１０を上下方向に移動可能に支持する内筒部３８とを備えている。流入筒部３４は、図示する例では、外筒部３２と一体形成されている。内筒部３８は、内部に弁体１０のステム１４を収容可能な筒状部材であり、その内周面には、ステム１４の外周面に形成された雄ねじ部にねじ係合可能な雌ねじ部が設けられている。
【００２３】
弁体１０は、図１に示すように、下方に向けて縮径する先細形状を有するニードル部１２と、上下方向に延びる棒状部材でありニードル部１２を上方から支持するステム１４と、ステム１４の上端部に設けられ、弁体１０を中心軸線Ｃ周りに回転させるためのハンドル部１６とを備えている。上述のように、ステム１４の外周面には、内筒部３８とねじ係合可能な雄ねじ部が形成されており、ハンドル部１６を回転させることで弁体１０を上下方向に移動させ、バルブ１００の開閉度を調整することができる。ハンドル部１６は、作業者が手動で回転させてもよいし、他の装置等により自動で回転させるようにしてもよい。
【００２４】
弁座２０は、本実施形態では中空の円筒部材であり、図１に示すように、外筒部３２と流入筒部３４との交差位置において、略円錐形状を有するニードル部１２が上方から着座可能な位置に配置され固定されている。そして、ハンドル部１６を中心軸線Ｃ周りに回転させることで弁体１０を上下方向に移動させ、ニードル部１２と弁座２０との上下方向距離を変えることでバルブ１００内を流れる流体の流量を変化させることができる。ニードル部１２の外周面が弁座２０の上端部における内周面に当接すると、バルブ１００は閉塞する。
【００２５】
ハンドル部１６の回転操作によりニードル部１２と弁座２０との間に隙間が設けられ、バルブ１００が開いた状態にあるとき、流入筒部３４の流入口３４ａから流入した流体は、図１に矢印で示すように、外筒部３２との交差位置まで進んだ後、ニードル部１２と弁座２０との隙間を通過して更に図１の下方へと進む。外筒部３２の下端部は、流体の流出口３６ａを形成しており、ニードル部１２と弁座２０により流量制御された流体は、この流出口３６ａから排出される。なお、流入筒部３４の前端部、及び外筒部３２の下端部には、それぞれフランジ３４ｂ，３６ｂが形成されており、このフランジ３４ｂ，３６ｂを用いて、バルブ１００を他の流路等と容易に接続することができる。
【００２６】
図２は、図１のバルブ１００にバルブ診断装置３００を組み合わせて構成した、本開示の一実施形態に係るバルブ装置２００の構成を示している。図２は、図１のバルブ１００を後側（図１における右側）から見た図を示している。図２の上下方向がバルブ装置２００の上下方向である。また、図２の紙面から奥に向かう方向がバルブ装置２００の前方向であり、図２の紙面から手前に向かう方向がバルブ装置２００の後方向である。また、図２における左右方向は、バルブ装置２００の左右方向である。図２には、バルブ診断装置３００の構成要素のうち、超音波発信部１０４及び超音波受信部１０８のみが図示されている。
【００２７】
図２に示す例では、超音波発信部１０４及び超音波受信部１０８が、バルブ１００の外筒部３２において、弁体１０のニードル部１２を左右方向から挟む対向位置に配置され固定されている。超音波発信部１０４から発信された超音波ＵＳは、一部がニードル部１２で反射され、他の一部がニードル部１２を伝播するか、ニードル部１２の前後方向両側を通過して超音波受信部１０８に到達するように、ニードル部１２の前後方向幅よりも大きな幅で超音波受信部１０８に向かって伝播させることが好ましい。超音波発信部１０４は、例えば圧電素子から発信された超音波ＵＳに対して音響レンズを通すことにより、超音波受信部１０８に向けて所定の指向性を確保するように構成することができる。
【００２８】
図３は、本実施形態に係るバルブ診断装置３００の構成を示すブロック図である。バルブ診断装置３００は、図２にも図示した超音波発信部１０４及び超音波受信部１０８と、超音波発信部１０４の駆動制御を行い、超音波受信部１０８による受信信号を処理する制御部１０２と、超音波発信部１０４に駆動電圧を供給する駆動部１０６と、超音波受信部１０８による受信信号を増幅する増幅器１１０と、超音波受信部１０８による受信信号を記憶する記憶部１１２と、他のサーバー又は端末等とデータ通信を行う送受信部１１４とを備えている。
【００２９】
超音波発信部１０４は、圧電素子を備え、制御部１０２からの駆動信号に基づく駆動部１０６からの駆動電圧により圧電素子が駆動されて超音波ＵＳを生成する。超音波ＵＳは、２０ｋＨｚを超える周波数を有する音波であり、可聴音よりも指向性が鋭く、超音波ＵＳを当てた対象物の大きさ等により、対象物に関して超音波発信部１０４と対向する位置で受信される超音波ＵＳの受信強度が変化する。従って、対象物に向けて発信した超音波ＵＳを対向する側で受信することによって、対象物の大きさ等を検出することができる。
【００３０】
超音波受信部１０８は、圧電素子を備えると共に、図２に示すように対象物であるニードル部１２に関して超音波発信部１０４と対向する位置に配置され、超音波発信部１０４から発信された超音波ＵＳを受信する。超音波ＵＳの受信は、超音波受信部１０８に到達した超音波ＵＳによって圧電素子が微小変位し、その微小変位によって圧電素子に発生する電圧を検出することにより行われる。圧電素子で検出された電圧は、増幅器１１０で所定の増幅率で増幅される。
【００３１】
制御部１０２は、超音波発信部１０４の駆動制御を行い、超音波受信部１０８により受信した受信信号を処理する。本実施形態において、制御部１０２は、バルブ１００を診断するタイミングで駆動部１０６に対して超音波ＵＳの周波数に対応する周波数の駆動信号を出力する。駆動部１０６は、制御部１０２からの駆動信号に基づいて圧電素子の駆動に適した駆動電圧で超音波発信部１０４を駆動する。
【００３２】
制御部１０２は、超音波受信部１０８によって受信され、増幅器１１０によって増幅された超音波ＵＳの受信信号を処理する。制御部１０２は、受信信号の処理として、例えば、受信信号強度（ピーク値、積分値等）を記憶部１１２に保存したり、送受信部１１４経由で外部のサーバー、端末等に送信する等を行う。また、制御部１０２は、初期状態における受信信号とバルブ１００の診断時における受信信号の強度差を算出し、この受信信号の強度差に基づいて弁体１０の浸食を検出し、検出結果を記憶部１１２に保存したり、送受信部１１４経由で外部のサーバー、端末等に送信する。また、制御部１０２は、受信信号の強度、又は初期状態と診断時での受信信号の強度差が所定の値を超えた場合に弁体１０の浸食が所定の閾値を超えたと判断し、警告信号を送受信部１１４経由で外部のサーバー、端末等に送信する。なお、制御部１０２は、一以上のCPU(中央演算処理ユニット)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、PLD(Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、又はマイクロコントローラ等により構成することができる。
【００３３】
記憶部１１２は、あらかじめ、バルブ１００の初期状態における超音波受信部１０８からの受信信号強度等をバルブ１００の開閉度に関する情報と共に記憶している。つまり、記憶部１１２には、バルブ１００の開閉度毎に、バルブ１００の初期状態における受信信号強度等が記憶されている。なお、記憶部１１２に受信信号強度の代わりに例えば受信信号波形を記憶し、制御部１０２が当該受信信号波形を用いて受信信号強度を算出するように構成してもよい。記憶部１１２は、制御部１０２からの指示に基づき、診断時の受信信号強度、又は初期状態と診断時での受信信号の強度差等を保存する。なお、バルブ１００の初期状態と診断時の受信信号の強度差を算出する際には、診断時のバルブ１００の開閉度と同一のバルブ１００の開閉度における初期状態の受信信号強度を用いる。記憶部１１２は、半導体メモリ、磁気ディスク、又は光ディスク等によって構成することができる。
【００３４】
本実施形態において、制御部１０２は、バルブ１００の開閉度の情報を、例えばプラント内に設けられた図示しない流量計、圧力計等から取得することができる。すなわち、制御部１０２は、バルブ１００内を流れる流体の流量からバルブ１００の開閉度の情報を取得することができる。また、制御部１０２は、弁体１０の上下方向の位置情報を取得することによってバルブ１００の開閉度の情報を取得することもできる。この弁体１０の上下方向の位置情報の取得は、例えば、ハンドル部１６の中心軸線Ｃ周りの回転角度をロータリーエンコーダ等により検出したり、弁体１０の上下方向の位置をリニアスケール等により検出することにより行うことができる。また、バルブ１００の開閉度の情報は、作業者が図示しないバルブ診断装置３００の入力部から入力したり、外部の端末から入力されたバルブ１００の開閉度の情報を送受信部１１４経由で受信するようにしてもよい。なお、弁体１０の上下方向の位置を検出する際には、流体によって浸食されない部位の上下方向位置を検出することが好ましい。
【００３５】
送受信部１１４は、制御部１０２や記憶部１１２からのデータを、送受信部１１４を経由して外部のサーバーや端末、バルブ１００以外の各種フィールド機器との間で送受信するための機能部である。本実施形態において、送受信部１１４は、工業用無線規格であるＩＳＡ１００．１１ａで規定される通信プロトコルを用いた無線通信が可能であるように構成されている。
【００３６】
ここでいうフィールド機器とは、例えば圧力計、流量計、温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他の機器である。
【００３７】
また、フィールド機器が設置されるプラントとしては、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等がある。
【００３８】
また、送受信部１１４は、上述のＩＳＡ１００．１１ａ以外の、例えば、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＢＲＡＩＮ、ファウンデーションフィールドバス（登録商標）、等で規定される有線式又は無線式の通信プロトコルを用いた通信を行うように構成してもよい。また、送受信部１１４は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）やＥＴＨＥＲＮＥＴ（登録商標）等の通信規格を用いて構成してもよい。
【００３９】
以上のようなバルブ診断装置３００を用いてバルブ１００の診断を行うには、まず、図２に示すように、超音波発信部１０４及び超音波受信部１０８を初期状態のバルブ１００に装着し、バルブ装置２００を構成する（図４のステップＳ１０１）。次に、制御部１０２は、バルブ１００の開閉度毎に、超音波発信部１０４から超音波ＵＳを発信させ、超音波受信部１０８で受信した受信信号の受信信号強度等を記憶部１１２に記憶する（ステップＳ１０３）。図５は、バルブ１００の開閉度と、超音波受信部１０８で受信した受信信号の受信信号強度との関係を示している（ステップＳ１０３で記憶した初期状態を実線で示す）。ニードル部１２は、下方に向かって細くなる先細形状を有しているため、バルブ１００の開閉度が大きくなる（すなわち、図２において弁体１０が上方に移動する）と、超音波発信部１０４から発信される超音波ＵＳのうち、ニードル部１２で反射する超音波ＵＳの割合が減少する。従って、図５に示すように、バルブ１００の開閉度の増加と共に、超音波受信部１０８で受信される受信信号の強度が増大する。なお、バルブ１００の初期状態における受信信号強度のデータは、測定された各バルブ１００の開閉度毎に、バルブ１００の開閉度と受信信号強度のデータを記憶してもよいし、バルブ１００の開閉度と受信信号強度のデータから求めた近時曲線の各係数を記憶するようにしてもよい。
【００４０】
次に、バルブ１００内に流体を流してバルブ１００の使用を開始し（ステップＳ１０５）、制御部１０２は、所定周期時間経過ごとにバルブ診断装置３００によりバルブ１００の診断を行う。バルブ１００の診断は、まず制御部１０２が、診断時におけるバルブ１００の開閉度の情報を取得する（ステップＳ１０７）。次に、制御部１０２は、超音波発信部１０４から超音波ＵＳを発信し、超音波受信部１０８で受信した受信信号の受信信号強度等を取得し（ステップＳ１０９）、記憶部１１２に記憶する。図５に、ステップＳ１０９で取得した診断時の受信信号強度を破線で示している。流体による浸食が進んだ場合、初期状態よりもニードル部１２の幅が減少するため、図５に示すように、超音波発信部１０４から発信された超音波ＵＳのうち、超音波受信部１０８で受信される受信信号の強度が初期状態に比べて増加する。次に、制御部１０２は、ステップＳ１０７で取得したバルブ１００の開閉度と同一のバルブ１００の開閉度における初期状態での受信信号強度のデータを記憶部１１２から読み出す（ステップＳ１１１）。制御部１０２は、ステップＳ１０９で受信した診断時の受信信号強度と、初期状態での受信信号強度との強度差を算出する（ステップＳ１１３）。制御部１０２は、ステップＳ１１３で算出した受信信号の強度差から、バルブ１００の弁体１０の浸食を検出する（ステップＳ１１５）。この弁体１０の浸食の検出は、あらかじめ同種のバルブを用いて作成され記憶部１１２に記憶された、バルブ１００の開閉度毎の、受信信号の強度差と弁体１０の浸食量との関係を示すデータを用いて行う。なお、受信信号の強度差と弁体１０の浸食量との関係がバルブ１００の開閉度に依存しないと見なして、受信信号の強度差と弁体１０の浸食量との関係のみから弁体１０の浸食の検出を行ってもよい。制御部１０２は、ステップＳ１０９、Ｓ１１３、Ｓ１１５で取得した受信信号強度、受信信号の強度差、弁体１０の浸食量のうち、少なくとも１つのデータを送受信部１１４経由で外部に送信する（ステップＳ１１７）。この場合のデータの送信先は、バルブ１００を管理する管理サーバーや、管理者の端末等である。なお、ステップＳ１１３における受信信号の強度差、ステップＳ１１５における弁体１０の浸食の検出等は、外部のサーバーや端末等で行ってもよく、その場合、当該外部のサーバーや端末等もバルブ診断装置３００に含まれる。また、記憶部１１２も、外部のサーバーや端末等に設けられていてもよい。当該制御部１０２は、ステップＳ１１５で取得した弁体１０の浸食量があらかじめ決められた所定の閾値を超える場合（ステップＳ１１９でＹｅｓ）、警告信号を送受信部１１４経由で外部に送信する（ステップＳ１２１）。制御部１０２は、所定の周期時間だけ待機した後（ステップＳ１２３）、ステップＳ１０７によりバルブ１００の診断を再度行う。なお、制御部１０２は、ステップＳ１１５で取得した弁体１０の浸食量があらかじめ決められた所定の閾値を超えない場合（ステップＳ１１９でＮｏ）、ステップＳ１２１を実行することなく、ステップＳ１２３に移行する。
【００４１】
なお、管理サーバー等に送信されたバルブ１００の形式、使用期間、受信信号強度、受信信号の強度差、弁体１０の浸食量等の情報により、使用環境が類似する他の同形式のバルブの診断結果を補正したり、他の同形式のバルブの部材交換時期を予測するように構成してもよい。例えば、診断対象のバルブが新品ではなく使用途中から診断を開始した場合などに、診断対象のバルブの使用期間、及び他のバルブの使用期間と浸食量との関係データ等に基づいて、診断対象のバルブの弁体の浸食量を補正するように構成してもよい。
【００４２】
図６は本実施形態に係るバルブ診断装置３００の変形例を示している。この変形例では、図２に示す１組の超音波発信部１０４及び超音波受信部１０８の代わりに、３組の超音波発信部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃを備えている。３つの超音波発信部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは、上下方向に隣接して配置され、同様に３つの超音波受信部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、上下方向に隣接して配置されている。そして、超音波発信部１０４ａと超音波受信部１０８ａ、超音波発信部１０４ｂと超音波受信部１０８ｂ、及び超音波発信部１０４ｃと超音波受信部１０８ｃはそれぞれ略同一高さとなるように配置されている。
【００４３】
この変形例では、制御部１０２からの駆動信号に基づいて駆動部１０６が、３つの超音波発信部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに略同一の駆動電圧を供給する。また、３つの超音波受信部１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃで受信された受信信号は、それぞれ独立に増幅器１１０で増幅され、制御部１０２で処理される。
【００４４】
この変形例では、図４に示すフローチャートのステップＳ１０３において、初期状態でバルブ１００の開閉度毎に、超音波発信部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃから超音波ＵＳを発信し、超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃで受信した各受信信号の受信信号強度等を記憶部１１２に記憶する。また、同様に、ステップＳ１０９において、診断時に超音波発信部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃから超音波ＵＳを発信し、超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃで受信した各受信信号の受信信号強度等を取得し、記憶部１１２に記憶する。
【００４５】
また、ステップＳ１１３において、制御部１０２は、ステップＳ１０９で受信した診断時の受信信号強度と、初期状態での受信信号強度との強度差を算出するが、ここで強度差の算出に用いる初期状態及び診断時の受信信号強度には、超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃのうち、ニードル部１２の高さ位置に最も近い高さ位置にある超音波受信部からの受信信号強度を用いる。弁体１０の各部位の中でニードル部１２が流体により最も激しく浸食を受けていると考えられる他、ニードル部１２の浸食がバルブ１００の性能に最も影響すると考えられるからである。なお、受信信号の強度差の算出に用いる初期状態及び診断時の受信信号強度は、必ずしも１つの超音波受信部からの受信信号強度に限定されるものではなく、複数の超音波受信部からの受信信号強度を用いるように構成してもよい。
【００４６】
以上述べたように、本実施形態では、診断対象であるバルブ１００の開閉を行う弁体１０に向けて超音波ＵＳを発信する超音波発信部１０４と、超音波発信部１０４から発信された超音波ＵＳを受信する超音波受信部１０８と、超音波発信部１０４を駆動し、超音波受信部１０８による受信信号を処理する制御部１０２と、受信信号を記憶する記憶部１１２とを備え、制御部１０２は、バルブ１００の初期状態と診断時とにおける受信信号の強度差から、弁体１０の浸食を検出するように構成した。このような構成の採用によって、既存のバルブ１００にバルブ診断装置３００を組み合わせることで、弁体１０の浸食量を検出することができるので、既に工場等で稼働しているバルブや既存のバルブ製品の弁体１０の浸食の自動診断を行うことが可能となる。これによって、バルブ１００が用いられるプラント等の作業者が直接バルブ１００の検査を行う費用を抑制することもできる。
【００４７】
また、本実施形態では、記憶部１１２は、バルブ１００の初期状態におけるバルブ１００の開閉度と受信信号の強度との関係をあらかじめ記憶しており、制御部１０２は、バルブ１００の初期状態と診断時とにおける、同一のバルブ１００の開閉度に対する受信信号の強度差から弁体１０の浸食を検出するように構成した。このような構成の採用によって、弁体１０の浸食量と相関があると考えられる初期状態と診断時の受信信号強度の強度差を定量化することができるので、弁体１０の浸食量をより正確に検出することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、複数の超音波発信部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃと、複数の超音波発信部１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃから発信された超音波ＵＳを受信する複数の超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃとを備え、記憶部１１２は、バルブ１００の初期状態におけるバルブ１００の開閉度と複数の超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃからの複数の受信信号の強度との関係をあらかじめ記憶しており、制御部１０２は、バルブ１００の初期状態と診断時とにおける、同一のバルブ１００の開閉度に対する複数の受信信号の少なくとも一部の受信信号の強度差から弁体１０の浸食を検出するように構成した。このような構成の採用によって、複数の超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃからの複数の受信信号の強度のうち、弁体１０の浸食と相関が高い受信信号の強度を選択して用いることができるので、弁体１０の浸食量をより正確に検出することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、少なくとも一部の受信信号は、複数の超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃのうち、診断時における弁体１０のニードル部１２に最も近い超音波受信部による受信信号であるように構成した。このような構成の採用によって、複数の超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃからの複数の受信信号の強度のうち、流体による浸食が起き易いと考えられるニードル部１２に最も近い超音波受信部からの受信信号の強度を選択して用いることができるので、弁体１０の浸食量をより正確に検出することができる。なお、弁体１０において浸食が想定される、ニードル部１２以外の他の所定の部位に最も近い超音波受信部による受信信号を用いるようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施形態では、制御部１０２は、弁体１０における流体によって浸食されない部位の上下方向位置を検出することによってバルブ１００の開閉度の情報を取得するように構成した。このような構成の採用によって、バルブ１００の開閉度の情報が、弁体１０の浸食の影響を受け難くすることができるので、より正確なバルブ１００の開閉度の情報に基づいて弁体１０の浸食量をより正確に検出することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、弁体１０の浸食の検出結果を送信するデータ送信部（送受信部１１４）を更に備え、制御部１０２は、弁体１０の浸食を所定の周期で検出し、当該検出結果をデータ送信部から外部に送信するように構成した。このような構成の採用によって、弁体１０の浸食に関する情報が定期的にプラントの管理者等に送信されるので、プラントのメンテナンスを容易化することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、弁体１０の浸食に関する情報を送信するデータ送信部（送受信部１１４）を更に備え、制御部１０２は、弁体１０の浸食を所定の周期で検出し、当該検出結果が所定の閾値を超えたときに警告信号をデータ送信部から外部に送信するように構成した。このような構成の採用によって、弁体１０の浸食量が所定量を超えたことがプラントの管理者等に警告信号として送信されるので、プラントの異常を速やかに把握することができる。
【００５３】
また、本実施形態に係るバルブ装置２００は、弁体１０の移動により流体の流量制御を行うバルブ１００と、弁体１０に向けて超音波ＵＳを発信する超音波発信部１０４と、超音波発信部１０４から発信された超音波ＵＳを受信する超音波受信部１０８と、超音波発信部１０４を駆動し、超音波受信部１０８による受信信号を処理する制御部１０２と、受信信号を記憶する記憶部１１２とを備え、制御部１０２は、バルブの初期状態と診断時とにおける受信信号の強度差から、弁体１０の浸食を検出するように構成した。このような構成の採用によって、バルブ１００の弁体１０の浸食の自動診断を行うことが可能となる。これによって、バルブ１００が用いられるプラント等の作業者が直接バルブ１００の検査を行う費用を抑制することもできる。
【００５４】
また、本実施形態では、バルブ１００は、先細形状の弁体１０を有するニードル型バルブであるように構成した。このような構成の採用によって、弁体１０のニードル部１２に向けて発信した超音波ＵＳの一部がニードル部１２で反射されると共に、他の一部をニードル部１２の前後方向両側を通過させて超音波受信部１０８で受信することができる。従って、超音波受信部１０８において、前後方向（図２の紙面に垂直方向）から見たニードル部１２の大きさに対応する受信信号を受信することができるので、受信信号強度から弁体１０の浸食量をより正確に検出することができる。
【００５５】
また、本実施形態に係るバルブの診断方法は、バルブ１００の初期状態において、弁体１０に向けて発信された超音波ＵＳを受信し、受信信号の強度を記憶するステップと、バルブ１００の診断時において、弁体１０に向けて発信された超音波ＵＳを受信し、受信信号の強度を取得するステップと、バルブ１００の初期状態と診断時とにおける、受信信号の強度差を算出するステップと、受信信号の強度差から、弁体１０の浸食を検出するステップとを含むように構成した。このような構成の採用によって、バルブ１００の弁体１０の浸食の自動診断を行うことが可能となる。これによって、バルブ１００が用いられるプラント等の作業者が直接バルブ１００の検査を行う費用を抑制することもできる。
【００５６】
本開示を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【００５７】
例えば、本実施形態では、診断対象となるバルブ１００として、ニードル型バルブを用いる場合について説明したが、この態様には限定されない。本開示の診断対象となるバルブは、Multiple Orifice型、Plug and Cage型、External Sleeve型等の他の形式のバルブであってもよく、超音波ＵＳの一部が弁体で反射され、他の一部が超音波受信部で受信することができれば、他のあらゆる形式のバルブに適用することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、超音波ＵＳを弁体１０のニードル部１２に向けて発信するように構成したが、この態様には限定されず、超音波ＵＳは、浸食が想定されるニードル部１２以外の他の所定の部位に向けて発信するように構成してもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、超音波ＵＳを、流体の流れに略直交する左右方向に向けて発信するように構成したが、この態様には限定されず、超音波ＵＳは、弁体１０の浸食を検出可能な他の方向に向けて発信させてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、超音波発信部１０４、及び超音波受信部１０８に圧電素子を用いるように構成したが、この態様には限定されず、圧電素子以外の他のデバイスを用いて超音波ＵＳの発信及び受信を行ってもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、制御部１０２と超音波発信部１０４との間に駆動部１０６を設け、超音波受信部１０８と制御部１０２との間に増幅器１１０を設けるように構成したが、この態様には限定されない。制御部１０２が超音波発信部１０４を直接駆動し、超音波受信部１０８からの受信信号を制御部１０２が直接処理するように構成してもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、制御部１０２とは別に記憶部１１２を設けるように構成したが、この態様には限定されず、制御部１０２内に受信信号強度等を記憶するように構成してもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、１組の超音波発信部１０４及び超音波受信部１０８、又は３組の超音波発信部１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び超音波受信部１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃを用いるように構成したが、これらの態様に限定されない。超音波発信部１０４及び超音波受信部１０８は、２組又は４組以上備えていてもよく、また、超音波発信部１０４と超音波受信部１０８の数が異なっていてもよい。例えば、１つの超音波発信部１０４と３つの超音波受信部１０８を組み合わせて用いるようにしてもよい。また、超音波発信部１０４と超音波受信部１０８の高さ位置は必ずしも揃えられていなくてもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、受信信号強度の絶対値を用いて弁体１０の浸食を検出するように構成したが、この態様には限定されない。超音波発信部１０４からの超音波ＵＳの発信信号強度（駆動部１０６での駆動電圧に比例）と、超音波受信部１０８での超音波の受信信号強度との比率を用いて弁体１０の浸食を検出するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０      弁体
１２      ニードル部
１４      ステム
１６      ハンドル部
２０      弁座
３０      バルブ本体
３２      外筒部
３４      流入筒部
３４ａ    流入口
３４ｂ    フランジ
３６ａ    流出口
３８      内筒部
１００    バルブ
１０２    制御部
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ    超音波発信部
１０６    駆動部
１０８，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ    超音波受信部
１１０    増幅器
１１２    記憶部
１１４    送受信部（データ送信部）
２００    バルブ装置
３００    バルブ診断装置
Ｃ        中心軸線
ＵＳ      超音波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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