JP2002544614A - 流体減圧装置 - Google Patents
流体減圧装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
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- Y10T137/8593—Systems
- Y10T137/86493—Multi-way valve unit
- Y10T137/86718—Dividing into parallel flow paths with recombining
- Y10T137/86734—With metering feature
Abstract
Description
圧装置に関する。
流体を制御する場合、流体の減圧がしばしば必要となる。流量制御弁や流量調節
器のような調節可能な流体絞り装置、及び、ディフューザ、サイレンサ、その他
の背圧装置等の固定された流量絞り装置がこの目的で使用されている。各適用分
野における流量制御弁及び/又は流体絞り装置の目的は、流速その他のプロセス
変数の制御であるが、その流体制御機能の本質的な副作用として、絞りが減圧を
誘発する。
している。この技術では、装置の入口から装置の出口までを流体が通過する間に
、蛇行路内で何度も流体の流れの方向が変化することを必要とするように夫々が
形成された複数の流路を有する装置内を、流体の流れが通過することが要求され
る。各蛇行流路は少なくとも二つのサブフロー蛇行路に分割されていてもよい。
このような装置は一般に「蛇行流路トリム装置」として知られている。
は、これらの装置に要求される性能特性を著しく低下させるいくつかの欠点が認
められている。
流路へ進入して分割及び方向変化が求められる直前で、角度付けられた方向への
大きな勢いがつく。このことは、流れが分割される直前での噴流の勢いに沿った
方のサブフロー路には、噴流がサブフロー流路の分岐に入る直前の噴流の勢いに
沿っていない、対応するサブフロー路よりも多くの流れが入り込むため、二つの
サブフロー路の間に流量の不均衡を招く。このような流量が不均衡な噴流はノイ
ズの増大を引き起こし、蛇行流路トリム装置の効果を減ずる。
ム構造は、システムにノイズを更に発生させる吐出噴流の相互衝突を引き起こす
。
ク30は中心空洞部32と環状外縁部34とを含んでいる。中心空洞部32と環
状外縁部34との間に複数の蛇行流路が設けられている。ディスク30には、一
つのディスク面に、流れを分割し、制限する複数の通路36が形成されており、
ディスク中心から流れ込んだ流体が中心空洞32から通路36に進入し、サブフ
ロー分岐部38に到達するまでの間、直角方向、即ち、図2では、円周の時計方
向、半径方向、円周の反時計方向、及び半径方向等に方向転換して、方向付けら
れる。夫々のサブフロー分岐部38では、流れが2つの部分に分割され、夫々が
出口部40a及び40bで吐出噴流として最終的に流出されるまで、数回直角の
方向転換を受けることが求められる。
へ向かう流れの勢いを伴って、右旋回しながら出口へ向かって半径方向へ進み、
これに対して出口42bでの噴流が、右へ向かう流れの勢いを伴って、最後の左
旋回を行いながら出口へ向かって半径方向へ進み、そしてこのことが隣り合う各
出口40a,42bの出口噴流を衝突させ、その結果システムにおけるノイズの
増大を導くことが理解される。同様な吐出段階での噴流の衝突は、例えば、隣り
合う吐出段階40b及び44aにおいて、従来技術のディスク30の外縁部全体
に亘って、またスタック内の各ディスクにおける吐出段階の重なりの間でも発生
する。
の勢いが図2の右側円周方向又は時計方向につくため、その勢いがサブフロー分
岐部38の右側部分へ、他方向又は左方向(反時計)方向の流体の流れに比して
、より多くの量を流す傾向があることがわかる。
装置の所要のノイズ抑制を提供する効果を著しく減少させる。従って、前述の欠
陥を排除すること、及び蛇行流路トリム装置において、該装置のノイズ低減特性
の向上を提供することを可能とするための他の改良の提供が要求される。
る。特に、本発明に基づいて改良された流体減圧装置は、縦軸方向に揃えられた
外縁部と中心空洞部とを有する複数の積層ディスクを含んでいる。各ディスクは
、ディスク中心空洞部の流路入口からディスク外縁部の流路出口に夫々至る複数
の流路を含んでいる。
けられた、ディスクの外縁部に達する蛇行流路を含んでいる。後に続く各フロー
出口からの流出と実質的に互いに独立状態を維持するように、各流路において夫
々の流体流れを方向付ける手段が提供されており、そしてその結果、望まれない
フロー出口での衝突が回避される。
のサブフローパスに分割されていてもよい。各サブフロー出口への夫々のサブフ
ローパスにおける流体の流量を釣り合わせるために、サブフローパスの流体の流
量を同じくすることが可能な手段が提供される。
ることが好ましい。更に、ディスク外縁部の各フロー出口がスタック内で隣り合
うディスクの各フロー出口から実質的に等間隔に離隔されていることが好ましい
。また、複数の積層ディスクと積層ディスク間に延びる蛇行流路とを有する流体
減圧装置において、積層ディスクの外縁部のフロー出口に、出口から流出する流
れの間の衝突を防止するための方向付けられた流路手段が提供される。
た装置の体壁に対する衝突を減少するための手段を設けることもできる。その他
の改良として、蛇行路又は直線状(又は逆向きテーパ)出口の何れか一方と合わ
せたプレナムチャンバを含ませることができる。全体がかご型の減圧装置は、よ
りコンパクト化することができ、そしてこれはフロー出口からの噴流が本体の壁
に衝突することを減少することを助けもする。更に、流路は、出口の流れが広が
る領域を大幅に増大させ、その結果出口流れの速度を減少させるために、独立し
た流路を結合させ、また蛇行路をフロー出口へ続けるための区域を組み込むよう
に改良することができる。
いる。本発明は、以下の実施の形態を添付された図面と組み合わせて参照するこ
とによって、最もよく理解できよう。なお、いくつかの図においては、類似の構
成要素を類似の参照番号で特定している。
が図示されている。本発明の蛇行流路トリム装置は、複数の積層ディスクを有し
ており、流体入口16,流体出口18,及びバルブ本体を通る接続通路20を有
するバルブ本体14を含む流体制御弁12に取り付けられたバルブケージ10の
形式とされている。
オペレーティング部材24と協働してバルブケージ10の内部及び外部への流体
流れの制御を行う。バルブケージ10は、公知の方法で、ケージリテイナ26及
びバルブのバルブボンネット部分に噛み合う取付ボルト28のような従来の取付
手段によって、バルブ内に支持することができる。
ク10内のディスク48の一面に設けられた1つの通路46が図示されている。
通路46は、流体がディスク中央の入口50から、サブフロー分岐部52を経て
、各サブフロー出口54a,54bへ通流するための蛇行路を提供している。通
路46を通流する流体は、サブフロー分岐部52に進入する前に6回方向転換す
ることが、図3(a)からわかる。その後、各サブフローは、夫々の出口54a,
54bから流出する前のサブフロー部において、6回急に方向転換する。各出口
54a,54bの端部は、収束ランプ又は内向きに狭められたテーパ部56とさ
れており、これが絞りに貢献することにより、夫々の出口54a,54bを通り
抜ける出口の流れを直線化する。このようなテーパ部56によって供せられる流
れの直線化は、後に続く各サブフロー出口からの流出と実質的に独立状態を維持
するように、噴流が各サブフローパスから出ることを可能とし、従って流出する
流体の流れの不要な衝突を実質的に防止し、この結果ノイズを減少させる。出口
54a,54bは、早期の噴流の合流を阻止するのに十分なだけ、互いに離隔さ
れている。
てシステム内のノイズの増大を回避するために、図3(a)の実施例の代わりに、
再び方向付けられ、離隔された出口による図3(b)のディスクの実施例とするこ
とも可能である。図3(b)は、通路60及び各サブフロー出口64a,64bに
至るサブフロー分岐部62を有するディスク58を示している。夫々の出口64
a,64bには、出口間の空間的な仕切りと、各壁部66a,66bとが設けら
れており、サブフロー出口での各流体流れの衝突を抑え、よってそれらが実質的
に互いに独立して進むようにされている。
の通路が有利に働く通路形状に起因している。図4(a),4(b)及び4(c)に図示
された本発明における3つの実施例は、ディスクの通路を通して流体の流量をよ
り均衡させるのに利用することが可能である。
はサブフロー分岐部72へ続く複数の流れ方向の急な変化点を有しており、サブ
フロー分岐部72は最終的に各サブフロー出口74a,74bへ続く更に数カ所
の急な流れ方向を含んでいる。サブフロー分岐部72の入口には、各サブフロー
通路76aが対応するサブフロー通路76bよりも狭くしたという特徴を有する
という意味での障害物が設けられている。より狭くされたサブフロー通路76a
は、通路70から流出する分割流量が大きい方の通路に位置づけられている。
ち、最初に下へ、次に右へ、次に上へ、次に右へ、次に下へ、そして最後に右へ
の方向転換を行っており、故に最後の流体の流れが通路70を出てサブフロー通
路72に入るとき、流体流れの大部分の流量には、より狭くされたサブフロー通
路76aへ向かって、下向きの流れの勢いの方向がついている。上側のサブフロ
ー通路76bが反対側のサブフロー通路76aほど狭められていないので、通流
面積は通路76bを通る方が通路76aを通るよりも大きく、従って通路76a
,76bの後のサブフロー分岐通路において、流量が釣り合う傾向がある。
に円周の一方向へ、次に半径外側方向へ、次に円周の他方向へ、次に半径外側方
向へ、そしてサブフロー分岐部72に入るための半径方向への変化の前に、円周
の第1の方向へ変化するというように記述することもできる。結果的に、図4(a
)の実施例は、流量を釣り合わせるためにサブフロー分岐通路76a及び76b
の通流面積を変化させ、よってシステムノイズを減ずる。
は、直進通流部84が設けられている。直進通流部84の端部には、流れを集中
させ、流れがサブフロー分岐部82に進入するときにそれを直線化する内向きテ
ーパ部86が設けられている。直線化部84を離れ、サブフロー分岐部82に入
る流れは直線方向へ進行する傾向があるので、好ましい流量バランスの流体流れ
がサブフロー出口88a,88bへ通ずる流体流れの流量バランスがより良好と
なることが達成される。
、スラストリバーサ92を含むサブフロー分岐部91へ通ずるテーパ終端部86
とが設けられている。この実施例においては、良好な流体流れの流量バランスが
達成されるだけでなく、より大きなトリム圧力低下もまた達成される。
ィスク10の一方の半分上の全ての出口の噴流を一方向へ向け、その一方、積層
ディスクの他方の半分上の出口96を反対方向へ方向付けて、噴流がフロー出口
を出るときに噴流の衝突(最終4分円での最小衝突は除く)を防止するように設
計されることもできる。このことは、バルブ本体14内において、96,98の
ような隙間が最小の位置でバルブ本体の壁へ真っ直ぐに方向付けられているフロ
ー出口から噴流が出ないような方向に積層ディスク10が設けられることも可能
であり、従って噴流/本体の壁の衝突を減少するという別の利点も有している。
必要であれば、いくつかの出口噴流が衝突する最終4分円において、前述した流
れを直線化する手法を使用することができる。
述する。例えば、ディスク通路が、大きなプレナムチャンバを蛇行路又は直線状
の(又は反転した)テーパ出口の何れかと共に含むことも可能である。図2に示
した従来のケージの点97,98の間に定められた余分な入口部が原因となった
多くの無駄な空間を除去することにより、積層ディスクによって形成されたケー
ジの全体を、従来の蛇行流路ゲージトリムよりコンパクトにすることもできる。
このことは、噴流/本体の壁の衝突の減少を促進するであろう。流路はまた、独
立した流路を結合させ、また蛇行路をフロー出口へ続けるための区域を含むよう
に改良することもできる。この実施例は流れが広がる領域を大幅に増大させるで
あろう。もちろん、ノイズ低減効果において従来の蛇行流路装置を越える著しい
改善を得るために、前述の1つの実施例若しくは2又はそれ以上のこれらの実施
例を結合することも可能であることが理解される。
それから理解されるべきでなく、同様に当業者にとって改良は明らかであろう。
のバルブトリムを含む流体制御弁を図示する断面図である。
ィスクの部分平面図である。
く図1の積層ディスクの一枚における改良された蛇行流路の概略図である。図3
(b)は、噴流の排出の平行化(半径方向ではない)を促進し、従って衝突を防
止するために、方向転換の連続が再び方向付けられ、また離隔された本発明の他
の改良された蛇行流路ディスクの実施例を図示する概略図である。
量を釣り合わせるために改良されたディスクの通路の構造を伴う本発明の更に別
の実施例を図示する概略図である。
る。
ロー出口 56,86 テーパ部 60,70,80 通路 66a,66b 壁部 76a,76b サブフロー分岐通路 84 直進通流部 92 スラストリバーサ 95,96 出口
Claims (16)
- 【請求項1】 縦軸方向に揃えられた外縁部と中心空洞部とを有する複数の積
層ディスクを備え、 各ディスクは、ディスク中心空洞部の流路入口からディスク外縁部の出口流れ
のための流路出口に夫々至る複数の流路を有し、 各流路は、蛇行流路を含み、 前記流路は、前記流路出口に、夫々の流路出口から流出する夫々の出口流れの
間の衝突を実質的に防止するために出口流れを方向付ける方向付けられた流路手
段を含んでいる流体減圧装置。 - 【請求項2】 前記方向付けられた流路手段は、夫々の流れが、後に続く各流
路出口からの流出と実質的に互いに独立状態を維持するように、各流路出口から
流出することを可能とする独立流路手段を含む請求項1記載の流体減圧装置。 - 【請求項3】 ディスク外縁部の各流路出口が実質的に互いに等間隔に離隔さ
れている請求項2記載の流体減圧装置。 - 【請求項4】 ディスク外縁部の各流路出口がスタック内で隣り合うディスク
の各流路出口から実質的に等間隔に離隔されている請求項3記載の流体減圧装置
。 - 【請求項5】 前記独立流路手段は、夫々の流路出口から流出する出口流れを
夫々直進させるために、各流路出口端部に内向きテーパ部を含む請求項2記載の
流体減圧装置。 - 【請求項6】 前記独立流路手段は、夫々の出口流れが、後に続く各流路出口
からの流出と実質的に互いに独立状態を維持することを可能とするために、夫々
空間的に分離された流路出口を含む請求項2記載の流体減圧装置。 - 【請求項7】 前記流路出口における前記方向付けられた流路手段は、前記デ
ィスク外縁部の周りで出口流れを同じ方向へ方向付ける請求項1記載の流体減圧
手段。 - 【請求項8】 前記流路出口における前記方向付けられた流路手段は、夫々の
出口流れを(a)ディスク外縁部の半周の一方向へ、(b)ディスク外縁部の他
の半周の第2の逆方向へ、方向付ける請求項1記載の流体圧低減装置。 - 【請求項9】 選択された流路出口を含み、前記方向付けられた流路手段は、
夫々の出口流れが、後に続く前記選択された流路出口からの流出と実質的に互い
に独立状態を維持するように、前記選択された流路出口から流出することを可能
とする独立流路手段を含む請求項8記載の流体減圧装置。 - 【請求項10】 縦軸方向に揃えられた外縁部と中心空洞部とを有する複数の
積層ディスクを備え、 各ディスクは、ディスク中心空洞部の流路入口からディスク外縁部の流路出口
に夫々至る複数の流路を有し、 各流路は、少なくとも二つの急な流れ方向の転換によって特徴付けられる蛇行
流路と、ディスク外縁部のサブフロー出口に夫々至る二つのサブフローパスへの
少なくとも一回の流れの分割を提供するサブフロー分岐部とを含んでおり、 夫々のサブフローパスにおける夫々のサブフロー出口への流量を釣り合わせる
ように、サブフローパスが同一流量を有することを可能とする流量バランス手段
を備える流体減圧装置。 - 【請求項11】 前記流量バランス手段は、夫々のサブフローパスの通流面積
を変えて流量を均等化するために、一つのサブフローパスに絞り手段を含む請求
項10記載の流体減圧装置。 - 【請求項12】 前記流量バランス手段は、前記通路に、サブフロー分岐部の
直前に隣り合う直進通流部を含む請求項10記載の流体減圧装置。 - 【請求項13】 前記直進通流部は、内向きテーパ終端部を含む請求項12記
載の流体減圧装置。 - 【請求項14】 サブフロー分岐部に、前記内向きテーパ終端部に近接するフ
ロースラスト逆転器を含む請求項10記載の流体減圧装置。 - 【請求項15】 夫々の流れが、後に続く各サブフロー出口からの流出と実質
的に互いに独立状態を維持するように、各サブフローパスからの流出を可能とす
る独立流路手段を含む請求項10記載の流体減圧装置。 - 【請求項16】 縦軸方向に揃えられた外縁部と中心空洞部とを有する複数の
積層ディスクと、 前記積層ディスク内を通る蛇行流路として形成され、ディスク中心空洞部の流
路入口からディスク外縁部の出口流れのための流路出口に夫々達する複数の流路
とを備え、及び 前記流路は、前記流路出口に、前記積層ディスクの外縁部の夫々の流路出口か
ら流出する夫々の出口流れの間の衝突を実質的に防止するために出口流れを方向
付ける方向付けられた流路手段を含んでいる流体減圧装置。
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