JP2004190838A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】主弁の振動を減少させることができる制御弁を提供する。
【解決手段】制御弁は、流体通過用の開口部４を側面に有する筒形状のケージ２内において、開口部４を開閉する筒形状の主弁５を備えている。この主弁５は、主弁５からケージ２の筒端部へと延びる支持部材６に支持されている。この制御弁では、主弁５の縦方向へ延びる中心軸とケージ２の縦方向へ延びる中心軸とが一致するように、主弁５に力を作用させる力作用部材として、ケージ２の側面には、主弁５の側面を取り囲むようにして電磁石１０を備えている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気等に代表される流体の流量を制御することができる制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、大型の蒸気タービン等においては、蒸気等の流体の流量を制御するために制御弁が使用されている。制御弁は、例えば筒形状をした主弁が、主弁より一回り大きな筒形状のケージ内において自由にスライドできるように構成されている。ケージには流体を通すための開口部が設けられており、主弁がケージに対してスライドすることにより開口部の面積は変化させることが可能となっている。流体は開口面積の程度に応じて流量通路穴を通過することにより、その流量が調節される。(例えば、特許文献１参照。)。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−４５３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような制御弁において主弁が微開状態となっている場合、つまり流量通路穴の開口面積が小さくなっている場合、高圧な流体の流れによって主弁が激しく振動するといった現象が生じる。これは、微開状態の開口部を通過する流体は、開口部の開口面積が大きい場合と比較して流速が大きくなっており、このような状態では、主弁の内側の圧力に対して主弁の外面とケージの内面との間の圧力が低くなるといった圧力差が生じるからである。しかも、開口部を通過する流体の流れは一定ではないため圧力差に変動が生じる。このような理由により、特に主弁の下端側において、振動が生じていたのである。
そして、主弁の外面は、流体を逃がさないためにケージの内面との間に非常に微小なクリアランスを有しているが、このような振動によって主弁の外面とケージの内面との間に摩擦が生じ、主弁が磨耗したり破損するといった問題が発生している。
そこで、振動を防止するための検討がなされている。例えば、前記特許文献１では、ケージと主弁(プラグ部材)との間にシールリングを設け、さらに主弁をケージに保持するための弁棒ガイドブッシュにシールリングを設けることで主弁の振動を抑える技術が開示されている。しかしながら、主弁の振動をさらに確実に且つ効果的に減少させる技術が要求されている。
【０００５】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、主弁の振動を抑制することができる制御弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の制御弁は、筒形状のケージが流体通過用の開口部を側面に有し、主弁がケージ内においてケージの軸線方向にスライドして開口部を開閉し、支持部材が主弁からケージの筒端部へと延びて主弁をケージ内で支持し、主弁の軸線とケージの軸線とが一致するように、力作用部材が主弁および／または支持部材に磁力または求心力を作用させることを特徴とするものである。この制御弁では、力作用部材により、振動が生じ易い主弁の軸線とケージの軸線とが一致するように主弁や支持部材に磁力や求心力を加えることができ、主弁や支持部材のケージに対する位置変動を抑制することができる。
【０００７】
ここで、力作用部材は、主弁と支持部材の一方にのみ備えても良いし、双方に備えても良い。この制御弁では、磁力を作用することができる力作用部材として、例えばケージの側面にケージの軸線を中心とした対称位置に、主弁に磁力を作用させることで主弁の軸線をケージの軸線に一致させる磁石を備えたり、支持部材の周囲に、支持部材の軸線に直交する面内での位置変動を抑制するための磁石を備えることができる。その他、求心力を作用することができる力作用部材として、主弁の軸線と一致する位置に回転軸を有するフライホイールを備えるものであってもよい。
【０００８】
また、本発明の制御弁は、筒形状のケージが流体通過用の開口部を側面に備え、主弁がケージ内においてケージの軸線方向にスライドして開口部を開閉し、変位解消手段がケージの軸線に直交する面内での主弁の変位を解消するように作用することを特徴とするものとして捉えることもできる。
【０００９】
この制御弁では、変位解消手段として、上記した磁石やフライホイールを用いることもできるが、この他、ケージの内部に動吸振器を備えることができる。また、変位解消手段として、ケージが、主弁とケージの隙間と、主弁の内部とを連通する孔を有するものであってもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、本発明にかかる第一の実施の形態の制御弁の断面斜視図である。図２は、図１の制御弁を正面から見た断面図である。
図１および図２に示す制御弁は、ケーシング１と、ケージ２、主弁５、支持部材６を備えている。
【００１１】
ケーシング１には、図１、図２においてその側方と下方に開口し、流体の入口・出口となるポート１ａ、１ｂが形成されている。また、ケーシング１には上方に開口する開口部１ｃが形成されており、ケージ２はこの開口部１ｃからケーシング１内に挿入された形態となっている。また、このケーシング１の側壁１ｄは、外周側に膨らむ湾曲面とされることでケージ２の外周面から離間しており、これによってポート１ａから導入された流体をケージ２の外周部に送給できるようになっている。
【００１２】
ケージ２は、略円筒形状を有し、その下部の側面には所定の面積・形状を有した開口部４が複数個形成されている。また、ケージ２の上部には、ケーシング１の開口部１ｃを塞ぐ蓋部７が一体に形成されている。このケージ２は、その下端部がケーシング１のポート１ｂの周囲に形成された段部１ｅに嵌合し、蓋部７がネジ８によってケーシング１の開口部１ｃの周囲に固定されることでケーシング１に一体化している。
【００１３】
ケージ２の内側には下方に開口した筒形状の主弁５が設けられており、ケージ２の内面と主弁５の外面との間には所定の微小なクリアランスが形成されている。主弁５は、例えば鉄製であり、この主弁５には、主弁５の上端からケージ２の上端へ延びる支持部材６が設けられている。
ケージ２の蓋部７には、その中央部に上下に貫通するガイド孔３が形成されている。支持部材６は、ガイド孔３に上下方向にスライド可能に支持されている。
【００１４】
この支持部材６は、図示しない駆動手段によりケージ２に対して上下移動が可能とされている。支持部材６は、その軸線が主弁５の軸線(図示せず)と一致するように延在している。さらに、支持部材６は、ケージ２の内周円の軸線(図示せず)と、主弁５の軸線が一致するように主弁５を支持している。
【００１５】
このような制御弁は、図示しない駆動手段により支持部材６を上下動させることで、主弁５がケージ２内で所定のストロークでスライドするようになっている。そして、主弁５は、ストローク下端位置において、ケージ２の開口部４を塞ぎ、ストローク上端位置においてケージ２の開口部４を開放するようになっている。これにより、主弁５を上昇させて開口部４を開けば、ポート１ａから導入された流体は開口部４からケージ２内に流入してポート１ｂから排出され、主弁５を下降させて開口部４を塞げば、流体のポート１ｂからの排出を停止できる。そして、主弁５のケージ２に対する位置を調節することで、開口部４の開口面積を変化させ、制御弁を通過する流体の流量を調整することができるようになっている。
【００１６】
図３は、図１および図２に示すケージ２と主弁５の横断面図である。本第一の実施の形態の制御弁では、流体の流通時における主弁５の振動を抑えるため、ケージ２はその内周面に沿って電磁石(力作用部材、磁石、変位解消手段)１０を備えている。図２に示すように、電磁石１０はケージ２の開口部４より上方において、主弁５が微開となった状態で、主弁５の下部に対応する位置に設けられている。
この電磁石１０の磁力は主弁５をケージ２の内周へ均一に引き寄せるので、主弁５の軸線がケージ２の軸線に一致させた状態に維持しようとする。つまり、ケージ２の軸線に直交する面内での主弁５の位置変動を抑制し、これによって主弁５の振動を抑えることができるようになっている。
【００１７】
以下に、本第一の実施の形態における制御弁における流体の流れと主弁５の振動を抑えるための作用を説明する。
図１では、制御弁を通過する流体の流れを、矢印を用いて示している。具体的には、制御弁を通過する流体は、ケーシング１の左側のポート１ａからケージ２の開口部４を通り、下側のポート１ｂ側へと流れる。このとき、制御弁を通過する流体の流量は開口部４の開口面積に応じて変化し、その開口面積は主弁５のケージ２に対する位置によって調節される。
図１および図２では、主弁５がケージ２の上方へ少しだけ引き上げられた状態となっており、開口部４の開口面積が小さい微開状態となっている。そのため、微開状態の開口部４を通過する流体は、開口部４の開口面積が大きい場合と比較して流速が大きくなっている。
【００１８】
このような状態では、開口部４を通過する流体の流れは一定ではないため圧力差に変動が生じる。このような理由により、従来の制御弁においては主弁５の下端側が振動していたが、本実施の形態の制御弁では、ケージ２の内周面に沿って電磁石１０を備えている。電磁石１０の磁力により主弁５が電磁石１０へ引き寄せられ、図３に示すように、主弁５とケージ２は略同心円状となるように主弁５の位置を維持しようとする。これによって、主弁５の振動を抑えることができる。その結果、主弁５が振動により磨耗したり破損することを防止することができる。
【００１９】
さらに、電磁石１０は、磁力の発生を自在に制御することができる。従って、開口部４が微開状態の場合に主弁５に対して磁力を発生させ、主弁５の内側の圧力と主弁５の外面とケージ２の内面との間の圧力の差があまり生じないとき(例えば、開口部４が全開の場合)には磁力を発生しないようにすれば、主弁５をケージ２に対してスムーズにスライドさせることができる。ただし、場合によっては、常に磁力を発生させて、主弁５の揺れを恒常的に防止するものであってもよい。
【００２０】
なお、第一の実施の形態では図３に示すように主弁５の全周を取り囲むように電磁石１０が設けられているが、本発明はこれに限定されず、主弁５をケージ２に対して均一に引き付ける構成であれば電磁石の設置数、設置個所、大きさ等を適宜変更することができる。例えば、図４に示すように、軸線に対して互いに対称な位置となるように、電磁石１０ａと１０ａ、並びに電磁石１０ｂと１０ｂとを設けてもよい。さらに、主弁５側に、ケージ２の電磁石１０、１０ａ、１０ｂ等に対応する位置に電磁石を設け、主弁５の位置をさらに強く保持することで、主弁５の振動を効果的に防止するものであってもよい。
【００２１】
[第二の実施の形態]
図５は、本発明の第二の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
図５に示す制御弁は、第一の実施の形態に示す制御弁の電磁石１０の代わりに、ケージ２のガイド孔３に電磁石(力作用部材、磁石、変位解消手段)１１を備えている点以外は、第一の実施の形態の制御弁と同じ構造を備える。
図５に示す制御弁では、主弁５を支える支持部材６をケージ２に保持するガイド孔３において、支持部材６の周囲を取り囲むようにして電磁石１１を備えている。電磁石１１は、支持部材６を外周側のガイド孔３へ均一に引き付けるように磁力が働く。そのため、支持部材６を、ガイド孔３の軸線、すなわちケージ２の軸線と一致するように保持することができ、これによって、第一の実施の形態と同様、支持部材６に接合された主弁５の振動を防止することができる。
【００２２】
図５に示す第二の実施の形態の制御弁では、第一の実施の形態の制御弁と同様に、電磁石１１の設置数、設置位置、大きさを適宜変更することができる。さらに、第一の実施の形態に示す電磁石１０を備えた制御弁において、さらに第二の実施の形態に示すような電磁石１１を追加して設けることもできる。
なお、第一および第二の実施の形態において磁力を発生するものとして電磁石１０、１１の代わりに永久磁石等を用いることもできる。
【００２３】
[第三の実施の形態]
図６は、本発明の第三の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
図６に示す制御弁は、第一の実施の形態に示す制御弁の電磁石１０の代わりに、主弁５の内部にフライホイール機構(フライホイール、力作用部材、変位解消手段)２０を備えている点以外は、第一の実施の形態における制御弁と同じ構造を備える。
図６に示す制御弁では、主弁５の内部に求心力を生じさせるフライホイール機構２０を備える。フライホイール機構２０は、主弁５の内部に設けられた支持板２１上において、回転軸２２を中心にしてモータ２４により回転させられるフライホイール本体２３を備えている。
フライホイール機構２０は、回転軸２２が、主弁５の軸線(図示せず)と一致するようにして設けられている。モータ２４の回転駆動力によってフライホイール本体２３が回転すると、回転軸２２を一定位置に保とうとする求心力が発生し、フライホイール機構２０が設けられた主弁５が、その求心力による力の作用を受け、主弁５をその軸線が一定位置となるよう保とうとする。その結果、主弁５が圧力差や流体の流れによって振動することを抑制することができる。
【００２４】
なお、フライホイールは図６に示す構造に限定されず、その構造は適宜変更することができる。
【００２５】
[第四の実施の形態]
図７は、本発明の第四の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
図７に示す制御弁は、第一の実施の形態に示す制御弁の電磁石１０の代わりに、主弁５の内側に動吸振器としてマスダンパ(変位解消手段)３０を備えている点以外は、第一の実施の形態の制御弁と同じ構造を備える。
図７に示す制御弁では、主弁５の内側にマスダンパ３０が保持されている。マスダンパ３０は、所定の質量を有したマス本体３１と、このマス本体３１を支持するバネ等、所定の弾性係数を有した弾性体３２とから構成される。
上記述べた圧力差等により、ある方向からマス本体３１の位置を変えるような力が加わると、マス本体３１は元の位置を維持しようとし、これによって、弾性体３２により、それとは反対の方向の力、すなわちその変位を解消する力が主弁５へ作用する。
【００２６】
このように主弁５には常に一定位置を保つように、変位を解消する力が作用するので、主弁５が圧力差や流体の流れによって振動することを抑制することができる。
【００２７】
なお、第四の実施の形態では、動吸振器としてマスダンパ３０を備えているが、本発明はこれに限定されず、動吸振器は主弁５の変位に基づいて変位を解消する力を主弁５に作用させることができるものであればよい。
【００２８】
[第五の実施の形態]
図８は、本発明の第五の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
図８に示す制御弁は、第一の実施の形態に示す制御弁の電磁石１０の代わりに、主弁５の側面に孔(変位解消手段)４０を有している点以外は、第一の実施の形態の制御弁と同じ構造を備える。
図８に示す制御弁では、主弁５の側面に、主弁５の内部の流体を主弁５の外部(主弁５とケージ２との間)へ流出させるための孔４０を複数個有している。孔４０では、主弁５の内面の開孔部４０ａの開孔径より、主弁５の外面の開孔部４０ｂの開孔径の方が小さくなっている。したがって、孔４０を通過する流体は主弁５の内部から外部へと流出しやすく、一方で、主弁５の外部から内部への逆流はしづらいものとなっている。
【００２９】
開口部４が微開状態では、主弁５の内側の圧力と、主弁５の外面とケージ２の内面の間の圧力との、圧力差による変動流体力が生じる。そこで、図８に示す制御弁では、主弁５の内部の流体を主弁５とケージ２との間へ孔４０を介して流出させ、圧力差を減少させる。その結果、圧力差による変動流体力によって生じていた主弁５の振動を抑制することができる。
【００３０】
なお、第五の実施の形態では、圧力調節用流体通過孔として開孔部４０ａと４０ｂの開孔面積が異なる孔４０を有しているが、圧力調節用流体通過孔の形状はこれに限定されない。例えば、圧力調節用流体通過孔として、主弁５の内面の開孔部４０ａの開孔径と、外面の開孔部４０ｂの開孔径とが同じ径である形状であってもよい。また、圧力調節用流体通過孔の設置位置、設置数、大きさ等は適宜変更することができる。
【００３１】
以上、各実施の形態で示したように、主弁５の軸線を常に中心に位置するように磁力や求心力を作用することにより、また主弁５に生じた変位を解消するように力を作用させることにより、主弁５の振動を抑えることができるので、主弁５の磨耗や破損を効果的に防止することができる。
【００３２】
なお、上記第一〜第五の実施の形態に示す主弁５の振動を抑えるための構成は、それぞれ単独でも、互いに複数を組み合わせて用いてもよい。また、本発明においては主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、制御弁において主弁の振動を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の制御弁の断面斜視図である。
【図２】図１の制御弁を正面から見た断面図である。
【図３】図１および図２に示すケージ２と主弁５の横断面図である。
【図４】第一の実施の形態の制御弁の変更例である。
【図５】本発明の第二の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
【図７】本発明の第四の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
【図８】本発明の第五の実施の形態における制御弁を正面から見た断面図である。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…ケージ、３…ガイド孔、４…開口部、５…主弁、６…支持部材、１０、１０ａ、１０ｂ、１１…電磁石(力作用部材、磁石、変位解消手段)、２０…フライホイール機構(フライホイール、力作用部材、変位解消手段)、３０…マスダンパ(変位解消手段、動吸振器)、４０…孔(変位解消手段)

Claims (7)

1. 流体通過用の開口部を側面に有する筒形状のケージと、
   前記ケージ内において当該ケージの軸線方向にスライドし、前記開口部を開閉する筒形状の主弁と、
   前記主弁から前記ケージの筒端部へと延び、当該主弁を当該ケージ内で支持する支持部材と、
   前記主弁の軸線と前記ケージの軸線とが一致するように、当該主弁および／または前記支持部材に磁力または求心力を作用させる力作用部材とを備えたことを特徴とする制御弁。
2. 前記力作用部材として、前記ケージの前記側面には当該ケージの軸線を中心とした対称位置に、前記主弁に磁力を作用させることで前記主弁の軸線を前記ケージの軸線に一致させる磁石を備えたことを特徴とする請求項１記載の制御弁。
3. 前記力作用部材として、前記支持部材の周囲に、当該支持部材の軸線に直交する面内での位置変動を抑制させるように磁力が作用する磁石を備えたことを特徴とする請求項１記載の制御弁。
4. 前記力作用部材として、前記主弁の軸線と一致する位置に回転軸を有するフライホイールを備えたことを特徴とする請求項１記載の制御弁。
5. 流体通過用の開口部を側面に備えた筒形状のケージと、
   前記ケージ内において前記ケージの軸線方向にスライドし、前記開口部を開閉する筒形状の主弁と、
   前記ケージの軸線に直交する面内での前記主弁の変位を解消するように作用する変位解消手段を備えたことを特徴とする制御弁。
6. 前記変位解消手段として、前記ケージの内部に動吸振器を備えたことを特徴とする請求項５記載の制御弁。
7. 前記変位解消手段として、前記主弁が、当該主弁と前記ケージの隙間と、当該主弁の内部とを連通する孔を有することを特徴とする請求項５記載の制御弁。

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