この記事では空気圧機器である減圧弁の流量特性と圧力特性について解説します。
減圧弁のスペックシートなどでよく見かける流量特性と圧力特性ですが、何を表しているのかわからないという人もいると思います。
この記事を読めばこの二つが何を意味するのかが分かります。
また減圧弁を選定する際にどこに注目すればいいのかもわかります。
ちなみに減圧弁の流量特性と圧力特性はJIS B8372に詳しく書かれています。
興味のある方は参考にしてみてください。
流量特性とは？
流量特性は流量の変化に対する２次圧力の変化を表します。
減圧弁は1次圧力よりも低い設定圧の2次圧力を作り出し、それを一定で維持する機器です。
しかし減圧弁に接続された機器が空気を消費していない状態から空気を消費すると、空気が少なくなるため2次圧力は下がってしまいます。
（補足）
接続機器が空気を消費すると2次圧力が下がるのはストローで飲み物を吸うときにストローの中の圧力が下がるのと同じです。
ストローを吸うと飲み物がストローの中を上昇しますが、あれはストローの中の空気を吸うとストローの中の圧力が下がるためです。
接続機器が人間で、減圧弁含む配管がストローです。
ユーザーの立場からすると空気が流れていても２次圧力は設定圧から変化してほしくありませんが、実際にはそうもいきません。
そこで「流量がない時と比べて流量があるときに2次圧力はどれくらい下がるか？」が気になるわけですが、これを表すのが流量特性です。
流量特性は以下の図のように縦軸を２次圧力、横軸を流量にしたグラフで表されることが一般的です。
流量がゼロの時と比べて流量があると2次圧力が下がっていることがわかります。
ユーザーにとってうれしいのは流量があっても2次圧力が変化しないことなので上のグラフでいうと赤の線が望ましいことになります。
よって減圧弁を選定する際は流量特性のグラフで２次圧力ができるだけ一定なものを選定するようにしましょう。
圧力特性とは？
圧力特性は、ある一定の流量が流れているときの１次圧力の変化に対する２次圧力の変化を表します。
繰り返しますが、減圧弁は1次圧力よりも低い設定圧の２次圧力を作り出し、それを維持する機器です。
１次圧力はコンプレッサーで作られますが、コンプレッサーの出力圧は何らかの理由で変動することがあります。
そうすると減圧弁の２次圧力も変動してしまいます。
（補足）
たとえばコンプレッサーに接続された機器が一斉に空気を消費するとコンプレッサーの出力圧が下がることがあります。
ユーザーからすると１次圧力が変化しても２次圧力は変化してほしくないですが、やはり多少は変化してしまいます。
そこで「１次圧力が変化した時に２次圧力はどのくらい変化するか？」が気になるわけですが、これを表すのが圧力特性です。
圧力特性は横軸を1次圧力、縦軸を2次圧力のグラフで表されるのが一般的です。
このグラフは１次圧力を(i)減少させる(ii)上昇させるの二つの過程で２次圧力がどう変化するのかを表します（下図）。
(i)、(ii)の過程において流量は一定になるように減圧弁の出力ポート側に接続された絞りを調整します。
(i)では１次圧力の減少に対して２次圧力がどの程度上昇するかがわかります：
1次圧力をある値から下げる
↓
弁が開いて2次圧力が上がる
↓
以上の操作を繰り返していくと、あるところで２次圧力は上昇できなくなる（上の図のP1）。
（２次圧力が調節ばねの力に打ち勝ってブリードされるため）
(ii)では１次圧力の上昇に対して２次圧力がどの程度減少するかがわかります：
１次圧力をP1から上昇させる
↓
弁が閉じて２次圧力が下がる
↓
以上の操作を繰り返していくと、あるところで２次圧力は下げられなくなる（上の図のP2）
（それ以上下げようとすると弁が閉じてしまい流量が０になる）
１次圧力が変化しても２次圧力は設定圧からできるだけ変化しないのが優れた減圧弁です。
下の図でいうと赤のグラフに近ければ近いほど優れた減圧弁です。
よって減圧弁を選定する際は圧力特性ができるだけ一定のものを選ぶようにしましょう。
まとめ
まとめると
流量特性は流量の変化に対する２次圧力の変化を表す
圧力特性はある一定の流量が流れているときの１次圧力の変化に対する２次圧力の変化を表す
減圧弁を選定するときは流量特性および圧力特性のグラフができるだけ一定なものを選ぶ
となります。
機器を選定する際は、特性の意味を理解したうえで選定するようにしましょう。
コメント