JP2011503472A - 交換可能なシャフトアダプタ挿入部を有する回転弁レバー装置 - Google Patents

交換可能なシャフトアダプタ挿入部を有する回転弁レバー装置 Download PDF

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Abstract

着脱可能なシャフトアダプタ挿入部を有する回転弁レバー装置を説明する。例示的なレバー装置は、アクチュエータのステムに回転自在に取り付けるレバーアーム(202)を含む。該レバー装置は、スプライン付きシャフトを受容する第1のスプライン付き内面(208)を有する第1の開口部(206)と、該第1の開口部に隣接し、かつスプライン付き外面を有する挿入部材の少なくとも一部を受容する第2のスプライン付き内面(226)を有する第2の開口部(224)とを含む。

Description

本開示は、概して、制御弁に関し、より具体的には、交換可能なシャフトアダプタ挿入部を有する回転弁の作動レバー装置に関する。
プロセス制御プラントまたはシステムは、プロセス流体の流れを制御するために、しばしば、ボール弁、バタフライ弁、偏心ディスク弁、偏心プラグ弁等の回転弁を採用することがある。一般的に、回転弁は、流体管路に配置され、かつシャフトを介して回転弁の本体に回転自在に連結される流量制御部材を典型的に含む。典型的に、回転弁から伸長するシャフトの一部は、回転制御弁のアクチュエータ(例えば、空気圧式アクチュエータ、電気式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ等)のステムに動作可能に連結される。
アクチュエータのステムを弁シャフトに連結するには、レバーまたはレバーアームが典型的に採用される。レバーは、アクチュエータのステムの直線変位を弁シャフトの回転変位に変換する。このように、レバーの回転が、弁シャフトおよび流量制御部材(例えば、ディスク、ボール等)を回転させて、弁を通る流体の流量を増加または制限する。動作中、アクチュエータのステムの変位を制御してレバーおよび弁のシャフトを回転させ、これによって、弁の流量制御部材が所望の角度の位置となり、回転弁を通る所望の流量を達成するように、制御装置が使用されてもよい。
多数の周知の弁シャフトは、例えば、上記のようにレバーを介してアクチュエータに接続するために、スプライン付きの終端部を提供する。スプライン付きシャフトは、トルク荷重を均一に分散し、かつ滑りまたは空動きを防止する接続を提供し、弁の絞り性能を向上することができる。多数の弁シャフトは、スプライン接続を採用するが、他の多数の弁シャフトは、例えば、角形の終端部、二重D型終端部、キー溝付き終端部等、異なる形状を提供する端部を有する。
レバーアームまたはレバーを使用して直線状のアクチュエータのステムを回転弁シャフトに連結する場合、レバーは典型的に、弁シャフトの終端部を受容するように特別に構成される(つまり、角形の弁シャフトは、角形の弁シャフトを受容するように構成されたレバーを必要とする)。このように、上記のような様々な形状の終端部を有する弁シャフトに連結するために、異なるレバーが、しばしば必要とされる。多様な種類の弁シャフトに連結するためにいくつかの異なるレバーが必要であることによって、製造および在庫管理コストが顕著に上昇する可能性がある。
一実施例において、回転弁レバーとともに使用するための挿入部材は、スプライン付き外面を有する本体および弁のシャフトを受容するように形成される開口部を含む。
別の実施例において、回転制御弁とともに使用するためのレバー装置は、アクチュエータのステムに回転自在に取り付けるレバーアームを含む。レバー装置は、スプライン付き弁シャフトを受容する第1のスプライン付き内面を有する第1の開口部と、第1の開口部に隣接し、かつスプライン付き外面を有する挿入部材の少なくとも一部を受容する第2のスプライン付き内面を有する第2の開口部とをさらに含む。
また別の実施例において、回転制御弁装置は、筐体と、筐体に取り付けられ、かつシャフトを有する弁とを含む。アクチュエータのアクチュエータ部材は、筐体内に配置される。レバーは、アクチュエータ部材に回転自在に連結され、かつ、第1のスプライン付き内面を備える第1の開口部を有する。レバーは、第3の開口部およびスプライン付き外面を有する挿入部材の少なくとも部分を受容する第2のスプライン付き内面を備える第2の開口部を有する第1の終端部をさらに含む。
周知の回転制御弁の組立体の断面図である。 図1Aの回転制御弁の組立体を実装するために使用され得る、周知の回転弁の断面図である。 図1Aの直線A−Aに沿って切断された、図1Aの例示的な回転制御弁組立体の拡大断面図である。 本明細書に説明される例示的なレバー装置の斜視図である。 図2Aの例示的なレバー装置の別の図面である。 例示的なスプライン付き弁シャフトの斜視図である。 円筒状の本体を有する例示的な挿入部材の斜視図である。 円錐状の本体を有する別の例示的な挿入部材の斜視図である。 図1A、図1Bおよび図1Cに示された組立体に類似するが、図2Aおよび図2Bの例示的なレバー装置を使用して実装される、例示的な回転制御弁組立体の部分的断面図である。
一般的に、本明細書に説明される例示的なレバー装置は、回転制御弁とともに使用され得る。周知のレバーアーム、または例えば、図1Aに示されたレバー106のようなレバーは、ある種の弁シャフト(例えば、スプライン付きシャフトまたはスタブシャフト)を受容するように(つまり、連結するように)構成される。異なるアクチュエータを、例えば、角形のスタブシャフト、キー溝付きスタブシャフト等、異なるシャフトタイプを有する多様な弁に連結することを可能にするには、いくつもの異なるレバーを製造することが必要とされる場合がある。しかしながら、比較的多数の異なるレバーを製造しなければならないことにより、製造および在庫管理コストが上昇する。
周知のレバーアームまたはレバーとは対照的に、本明細書で説明される例示的なレバー装置は、多様な、または複数の種類の弁シャフトに結合することができる。具体的には、本明細書で説明される例示的なレバー装置は、シャフトを受容するレバーに適合する挿入部材またはシャフトアダプタを介して、スプライン付き弁シャフト、または代替として角形のスタブシャフト、二重D型スタブシャフト、キー溝付きスタブシャフト等のいずれかを受容することができる。
スプライン付き弁シャフトにレバーを回転自在に連結することにより、そうでなければ、レバーがスプラインが無いシャフトに接続される場合に発生する可能性がある、滑りまたは空動きを防止することができ、したがって、弁の絞り性能を向上させる。さらに、本明細書に説明される例示的なレバー装置は、本明細書に説明されるような多様な種類の弁シャフトを受容するように構成される多様な種類のレバーを製造および在庫管理する必要性を排除することにより、製造および在庫管理コストを削減する。
例示的なレバー装置を詳細に説明する前に、図1A、図1Bおよび図1Cを参照しながら、以下に周知の回転制御弁の組立体100を簡単に説明する。図1Aは、周知の回転制御弁の組立体100の断面図で、図1Bは、図1Aの回転制御弁の組立体を実装するために使用され得る例示的な回転弁110の断面図である。図1Cは、図1Aの回転制御弁の組立体100の一部の拡大断面図で、図1Aの直線A−Aに沿って切断された例示的なレバー106を表す。
図1A、図1Bおよび図1Cを詳細に説明すると、回転制御弁組立体100は、回転制御弁の筐体に連結されるアクチュエータ102(例えば、ダイヤフラムアクチュエータ、ピストンアクチュエータ等)を含む。筐体104は、レバー106を収容し、回転弁110を回転制御弁の組立体100に連結する取付ヨーク108を含む。アクチュエータ102は、レバー106を介して回転弁110に動作可能に連結され、流量制御部材、すなわち回転弁110の絞り部材112(例えば、ボール、ディスク、プラグ等)を作動させる。
アクチュエータ102は、上部ケーシング部115と下部ケーシング部117との間にダイヤフラム116を捕捉するケーシング114を含む。ケーシング部115および117は、ケーシング114の外縁に沿って離間して配置される複数のねじ部品118によって相互に連結される。ダイヤフラム116は、ケーシング114内の空間を制御圧室120に仕切り、これによって、吸気ポート122を経由して供給される制御圧が、ダイヤフラム116を変位させる。ダイヤフラム板124は、ダイヤフラム116に対して強固な裏材を提供し、かつ、ダイヤフラム116をアクチュエータのステムまたはロッド126に(例えば、ねじを介して)連結する。アクチュエータのばね128はアクチュエータのステム126を包囲し、ダイヤフラム板124とばね台座130との間に配置される。ばね128は、アクチュエータのステム126およびアクチュエータのステム126に連結される流量制御部材112または他の作用要素を、ダイヤフラム116に加えられる制御圧が存在しない場合の既知の位置に戻すようにダイヤフラム板124に対する付勢力を提供する。アクチュエータのステム126は、アクチュエータのステム126をレバー106のレバーアーム134に回転自在に連結するロッドエンド軸受132を含んでもよい。回転制御弁組立体100の筐体104は、レバー106を収容し、図1Cに最も明確に示されているように、筐体104の取付ヨーク108は、回転弁110を回転制御弁の組立体100に連結する。
図1Bを参照すると、回転弁110は、流量制御部材112を格納する弁本体136と、台座面または密閉リング140を有するオリフィス138とを含む。流量制御部材112は、弁シャフト142に連結され、この結果、レバー106に連結される。流量制御部材112は、ここを経由して入口通路144から出口通路145へと流れることができる、オリフィス138を通過する流体の流れを制御するように、密閉リング140を係合する。こうして、回転弁110を通る流体の流速は、密閉リング140に対する流量制御部材112の位置により制御される。流量制御部材112の位置は、流量制御部材112が密閉リング140と密閉して係合している閉じた位置から、流量制御部材112が密閉リング140から遠位にある完全に開いた位置または最大流速の位置まで、変化することができる。
上記のように、流量制御部材112の位置は、弁シャフト142に連結される、レバー106を介してアクチュエータ102により制御される。図1Cに最も明確に示されているように、レバー106は、スプライン付き弁シャフト142を受容するスプライン付き内面152を有する開口部150を含む。スプライン付き弁シャフト142の終端部154も、スプライン付き内面158を有し得るハブ156により受容される。ハブ156は、ブッシング160を介してアクチュエータの筐体104に回転自在に取り付けられるので、ハブ156、弁シャフト142、およびレバー106は、軸162を中心にアクチュエータの筐体104に対して回転することができる。
動作中、回転制御弁の組立体100は、例えば、吸気ポート122を介した制御圧室120の圧縮空気等のような制御信号を受信する。圧縮空気はダイヤフラム116およびダイヤフラム板124をばね128に向かって変位させる。ダイヤフラム116の変位によって、アクチュエータのステム126の対応する直線変位が発生する。アクチュエータのステム126の直線変位は、レバー106の回転変形に変換され、したがって、レバー106の回転は、弁シャフト142および流体制御部材112を所望の角度位置へ回転させて、回転弁110を通過する流体流量を変化させる、または制御する。
図1Aの回転制御弁組立体100は、空気圧式アクチュエータ(つまり、アクチュエータ102)を使用するように示されているが、例示的な回転制御弁組立体100は、例えば、電気式アクチュエータ、油圧式アクチュエータ等の他の任意の様式のアクチュエータを使用することができる。同様に、流量制御部材112は、図1Bにおいては偏心プラグ弁として示されているが、流量制御部材112は、例えば、回転制御弁組立体100のような回転制御弁により回転させられ得る、例えば、バタフライ弁、ボール弁、偏心ディスク弁等の任意の種類の弁を使用して実装され得る。
図2Aおよび図2Bは、本明細書で説明される例示的なレバー装置200を示す。上記のように、本明細書で説明される例示的なレバー装置は、シャフトを受容するようにレバーを適合させる挿入部材またはシャフトアダプタを介して実質的に締りばめまたは隙間ばめを提供するボルトおよびスロットを介してクランプされるスプライン付き弁シャフト、または代替として角形のスタブシャフト、二重D型スタブシャフト、キー溝付きスタブシャフト等のいずれかを受容することができる。
レバー200は、そこを通してアクチュエータステムまたはロッド502にレバー200を回転自在に取り付ける開口部または取付穴204を有するレバーアーム202を含む(図5)。例示的なレバー200は、ボルト止めされたクレビス軸受、または他の任意の適切な固定機構を介して、アクチュエータのステム502に取付穴204を介して動作可能に連結されてもよい。レバー200は、レバー200の回転運動を制限するように、さらにこれによって、流量制御部材(例えば、流量制御部材112)の回転位置を制限するように、移動停止具505(例えば、ネジ)(図5)に係合する停止アーム205も含むことができる。
レバー200は、レバー200の中心に実質的に近接した開口または開口部206を有することができる。開口または開口部206は、例えば、図3に示された弁シャフト300のようなスプライン付き弁シャフトを受容するおよび/または嵌合するスプライン付き内面208を含んでもよい。レバー200は、締め具またはクランプねじ210を含んでもよく、これは、締め付けられると、レバー200を、例えば、図3のスプライン付きシャフト300のようなスプライン付きシャフトに締着でき、レバーとシャフトとの間に実質的に締りばめまたは隙間ばめを提供する。
例示的なレバー装置200は、第1の終端部220および第2の終端部222も含むことができる。第1の終端部220および第2の終端部222は各々、開口または開口部206の直径よりも大きい直径を有する開口または開口部224を含むことができる。開口または開口部224は、挿入部材または以下に説明される図4Aのシャフトアダプタ400の少なくとも一部を受容するおよび/または嵌合するスプライン付き内面226を有することができる。
例示的なレバー装置200は、鋼鉄、アルミニウム、または他の任意の適当な材料等の多様な材料から作製され、例えば、機械加工、射出成形等の任意の工程により成形されてもよい。スプライン付き内面208および226は、平行キー溝スプライン、インボリュートスプライン、クラウンスプライン、鋸歯状等であってもよく、ブローチ加工、シェーピング加工等、または他の任意の適当な工程により成形されてもよい。
上記のように、図3は例示的なレバー200に結合できる例示的な弁シャフトを示す。弁シャフト300は、レバー200を弁シャフト300に回転自在に連結するように、レバー200のスプライン付き内面208に挿入されるおよび/または嵌合するスプライン付き終端部302を含む。弁シャフト300は、クランプされたスプライン付きシャフトとして、図3に例として示される。しかしながら、他の例示的な実装においては、弁シャフト300は、スプライン部分を有する任意のシャフトであってもよい。
図4Aは、角形のシャフト、二重D型シャフト等を有する弁シャフトを例示的なレバー装置200に連結できる例示的な挿入部材またはシャフトアダプタ400を示す。レバー200の第1の終端部220および/または第2の終端部222の開口または開口部224は、挿入部材またはシャフトアダプタ400の少なくとも一部を受容してもよい。しかしながら、他の例示的な実装においては、レバー200の開口または開口部206は、挿入部材またはシャフトアダプタ400の少なくとも一部を受容することができる。
図4Aに示された例示的な挿入部材またはシャフトアダプタ400は、円筒形状のスプライン付き外面402および開口または開口部404を含む。挿入部材400の開口または開口部404は、挿入部材400を弁シャフト406に連結する。図4Aに例として示されているように、挿入部材400の開口または開口部404は、角形の終端部408を有するとして表されている弁シャフト406を受容することができる。しかしながら、他の例示的な実装においては、挿入部材400の開口または開口部404は、例えば、二重D型スタブシャフト、キー溝付きスタブシャフト等のシャフト終端部分を有する弁シャフトを受容するサイズおよび/または形状であり得る。図説された実施例においては、弁シャフト406の終端部分408は、開口または開口部404へ滑動して、弁シャフト406を挿入部材400に連結する。しかしながら、他の例示的な実装においては、挿入部材400は、機械的締結具または他の任意の適切な締結機構により、弁シャフト(つまり、弁シャフト406)に結合することができる。
例示的な図面においては、挿入部材またはシャフトアダプタ400の少なくとも一部は、レバー200の第1の終端部220の陥凹した開口または開口部224に挿入される。挿入部材400のスプライン付き外面402は、レバー200の陥凹した開口または開口部224のスプライン付き内面226に嵌合および/または係合して、レバー200が回転すると、弁シャフト406を回転させ、したがって、回転弁の流量制御部材(例えば、流量制御部材112)を回転させるように、挿入部材400および弁シャフト406をレバー200に連結する。
図4Bは、円錐形状のスプライン付き外面403を有する挿入部材またはシャフトアダプタ401を受容することができる別の例示的なレバー装置201を示す。挿入部材401は、例えば、二重D型スタブシャフト、キー溝付きスタブシャフト等のシャフト終端部分409を有する弁シャフト407を受容する開口または開口部405を有することができる。挿入部材401は、レバー201の第2の開口または開口部225に圧入および/または挿入されてもよい。レバー201の開口または開口部225のスプライン付き内面227は、挿入部材401の円錐形状の外面403と嵌合する、および/またはこれを受容する円錐形状であってもよい。円錐形状の外面403は、レバー201と連結されると、さらに広い有効な表面積を提供して、強固な接続を提供し、特に、弁の流量制御部材を開閉するために高い動作トルクの適用が必要な状況で使用される場合に、有利であり得る。
挿入部材400および401は、鋼鉄、アルミニウム、または他の任意の適切な材料等の多様な材料から作製されてもよく、例えば、機械加工、射出成形、または他の適切な成形工程等の任意の工程により製造されてもよい。外面402および403のスプラインは、平行キー溝スプライン、インボリュートスプライン、クラウンスプライン、鋸歯状等のように構成されてもよく、ブローチ加工、フライス加工、ホブ加工等、または他の任意の適切な工程により成形されてもよい。
図5は、図1A、図1Bおよび図1Cの回転制御弁の組立体100に実質的に類似するが、図2Aおよび図2Bの例示的なレバー装置200を使用して実装される、例示的な回転制御弁組立体500の部分的断面図である。図1A、図1Bおよび図1Cの説明に類似または同一である図5のこれらの構成部品の説明は、繰り返されないので、関心のある読者は、これらの構成部材に関する詳細について、図1A、図1Bおよび図1Cの説明を参照することができる。他の例示的な実装においては、図4Bの例示的なレバー201および挿入部材401は、図4Aの例示的なレバー200および挿入部材400と交換可能であり得、レバー200および挿入部材400と実質的に類似する図5の例示的な回転制御弁組立体500とともに実装され得る。
図5を参照すると、レバーアーム202は、レバー200をアクチュエータのステム502に動作可能に連結する。これによって、レバー200は、図3および図4Aの例により示されたいずれかの構成によって(つまり、図3において例として示されたレバー200に結合されたスプライン付き弁シャフト、または代替として、図4Aにおいて例として示された挿入部材400を介してレバー200に連結された角形のシャフト)、例えば、弁シャフト300(図3)または弁シャフト406(図4A)等の弁シャフトに動作可能に連結される。レバー200の第1の終端部220および第2の終端部222は、それぞれ、ブッシング506および508を介してアクチュエータ(例えば、アクチュエータ102)の筐体504に回転自在に連結され得るので、レバー200および弁シャフト300または406は、筐体504に対して回転することができる。
動作中、回転制御弁の組立体500は、例えば、圧縮空気等の制御信号を受信して、ダイヤフラム(例えば、図1Aのダイヤフラム116)を変位し、この結果アクチュエータのステム502の対応する変位が発生する。アクチュエータのステム502の変位は、レバー200を回転させる。弁シャフト300、または代替として弁シャフト406の回転は、流量制御部材(例えば、図1Bの流量制御部材112)を回転させて、回転弁(例えば、図1Bの回転弁110)を通過する流量を変化させる、または制御する。調整可能な停止具505は、レバー停止具205(図2A)を係合してレバー200の回転移動を制限するように、調整され得る。流量制御部材が閉じると、流量制御部材は、典型的に、流体の流れが弁を通過しないように、回転弁を通る流体経路を囲む密閉リング(例えば、図1Bの密閉リング140)を係合するように構成される。
レバー200が弁シャフト300に接続されると、レバー200のスプライン208は、弁シャフト300のスプライン302に係合する。このクランプされたスプライン接続によって、レバー200は、滑りまたは空動きをすることなく、弁シャフトを回転させることが可能で、弁の絞り性能を向上させる。同様に、レバー200が挿入部材またはシャフトアダプタ400を介して弁シャフト406に接続されると、スプライン226は、段階的締りばめによってスプライン402に係合して、滑りまたは空動きを最小限に抑え、レバー200が弁シャフト406を回転させる際の弁の絞り性能を向上させる。
本明細書に説明される例示的なレバー装置は、スプライン付き弁シャフト、または代替として、角形のシャフト、二重D型シャフト、キー溝付きシャフト等を受容するようにレバーに適合する挿入部材またはシャフトアダプタを有利に受容することができる。このようにして、本明細書に説明された例示的なレバー装置は、本明細書に説明されたような多様な種類の弁シャフトを受容するように構成される多様な種類のレバーを製造および在庫管理する必要性を排除し、製造および在庫管理コストを削減することができる。
本明細書には特定の装置が説明されたが、本特許の包含する範囲はこれらに限定されない。それとは反対に、本特許は、逐語的に、または均等論に基づき、適正に添付の請求項の範囲内にある全ての装置を包含する。

Claims (21)

  1. 回転弁レバーとともに使用するための挿入部材であって、
    スプライン付き外面を有する本体と、
    弁のシャフトを受容するように成形される開口部と、を含む、挿入部材。
  2. 前記弁の前記シャフトは、実質的に締りばめまたは隙間ばめを有する前記回転弁レバーに受容される、請求項1に記載の装置。
  3. クランプ手段は、前記弁シャフトと前記回転弁レバーとの間に前記実質的に締りばめまたは隙間ばめを提供する、請求項2に記載の装置。
  4. 前記挿入部材の少なくとも一部は、前記回転弁レバーに挿入可能に連結される、請求項1に記載の装置。
  5. 前記開口部は、角形のシャフト、二重Dタイプのシャフト、またはキー溝付き接続タイプのシャフトを受容するように成形される、請求項1に記載の装置。
  6. 前記弁の前記シャフトは、角形のスタブシャフトである、請求項1に記載の装置。
  7. 回転制御弁とともに使用するためのレバー装置であって、
    アクチュエータのステムに回転自在に取り付けるレバーアームと、
    スプライン付き弁シャフトを受容する第1のスプライン付き内面を有する第1の開口部と、
    前記第1の開口部に隣接し、かつ、スプライン付き外面を有する挿入部材の少なくとも一部を受容する第2のスプライン付き内面を有する第2の開口部と、を含むレバー装置。
  8. 前記第2の開口部は、前記第1の開口部よりも大きい直径を有する、請求項7に記載の装置。
  9. 前記弁の前記シャフトは、実質的に締りばめまたは隙間ばめを有する前記回転弁レバーに受容される、請求項7に記載の装置。
  10. クランプ手段は、前記弁シャフトと前記回転弁レバーとの間に前記実質的に締りばめまたは隙間ばめを提供する、請求項9に記載の装置。
  11. 前記挿入部材は、第3の開口部を有する、請求項7に記載の装置。
  12. 前記挿入部材の前記第3の開口部は、角形のシャフトを受容するためのものである、請求項11に記載の装置。
  13. 前記挿入部材は、円筒形状の本体を有する、請求項11に記載の装置。
  14. 第3のスプライン付き内面を有する第4の開口部をさらに含む、請求項7に記載の装置。
  15. 前記レバー装置は、停止アームをさらに含む、請求項7に記載の装置。
  16. 回転制御弁装置であって、
    筐体と、
    前記筐体に取り付けられ、かつシャフトを有する弁と、
    前記筐体内に配置されるアクチュエータ部材と、
    前記アクチュエータ部材に回転自在に連結され、かつ、第1のスプライン付き内面を備える第1の開口部を有するレバーであって、第3の開口部およびスプライン付き外面を有する挿入部材の少なくとも一部を受容する第2のスプライン付き内面を備える第2の開口部を有する第1の終端部を含む、レバーと、を含む、装置。
  17. 前記第1の開口部は、前記弁のスプライン付きシャフトを受容するためのものである、請求項16に記載の装置。
  18. 前記挿入部材の前記第3の開口部は、角形のスタブシャフトを受容するためのものである、請求項16に記載の装置。
  19. 前記挿入部材は、円錐形状の本体を有する、請求項16に記載の装置。
  20. 前記シャフトに動作可能に連結される流量制御部材をさらに含む、請求項16に記載の装置。
  21. 前記アクチュエータ部材は、アクチュエータステムである、請求項16に記載の装置。
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