JP2012099019A

JP2012099019A - 整圧装置

Info

Publication number: JP2012099019A
Application number: JP2010247745A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Takeuchi; 智朗竹内; Ryoichi Toriumi; 良一鳥海; Hiroo Shimada; 廣夫島田; Yuji Suzuki; 雄二鈴木; Takeshi Garan; 武志加覧
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: JP5547609B2

Abstract

【課題】整圧装置の稼働状況の如何に拘わらず、整圧制御の安定性を確保すること。
【解決手段】整圧装置１０は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂの間に装備されるメインガバナ１１と、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通するパイロット流路１２とを備える。メインガバナ１１は、パイロット流路１２から出力される駆動圧によって開度調整を行う駆動部１１Ａを備え、パイロット流路１２に、パイロット流路１２の流量を二次圧に基づいて調整するパイロットバルブ１３と、パイロット流路の流量に応じて駆動圧を設定する抵抗部２０を設ける。抵抗部２０が線形的な圧力流量特性を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体導管に装備され、上流側流体導管の高圧流体を整圧して下流側流体導管に供給する整圧装置に関するものである。

パイプラインによる都市ガス等の流体供給方式としては、上流側の高圧流体を段階的に減圧して下流側に供給する方式が採用されている。この際、減圧のための各段階には流体導管に整圧装置（ガバナ）が装備され、下流側の圧力を設定圧力に調整することが行われている。以下の説明では、整圧装置の上流側流体導管内の圧力を一次圧といい、整圧装置によって設定される下流側流体導管内の圧力を二次圧という。

整圧装置は、上流側流体導管の圧力変動や負荷流量に関係なく、下流側導管内の二次圧が設定圧力になるように調整する。この整圧装置は、一般的に、比較的小さい流量の流体導管に装備される簡易な構造のものとして直動式があり、比較的大きな流量の流体導管に装備されるものとしてパイロット式がある（例えば、下記特許文献１参照）。

図１は、従来のパイロット式整圧装置の構成例を示した説明図である（同図（ａ）がアンローディング型ガバナの例を示し、同図（ｂ）がローディング型ガバナの例を示している。）。同図（ａ）に示した例では、流体導管１に装備される整圧装置Ｊ１０は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂの間に装備され、メインガバナ１１、パイロット流路１２、パイロットガバナ１３を備えている。パイロット流路１２は上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通する流路である。パイロットガバナ１３は、パイロット流路１２に設けられ、二次圧検出流路１４を介して検出される二次圧に応じて開閉してパイロット流路１２を流れる流体の流量を調整するものである。パイロット流路１２では、一次圧が抵抗部Ｊ２０で圧力損失を受け、更にパイロットガバナ１３で圧力損失を受けて二次圧になる。メインガバナ１１は、パイロット流路１２から分岐した駆動圧流路１５を介して駆動圧が駆動部１１Ａに供給され、駆動圧が低下すると上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通する流通部の開度が大きくなるように作動する弁機構を備える。

ここで、パイロットガバナ１３の開度が小さくパイロット流路１２の流量が小さい状態では、抵抗部Ｊ２０での圧力損失が小さくパイロットガバナ１３での圧力損失が大きいが、パイロットガバナ１３の開度が大きくパイロット流路１２の流量が大きい状態では、抵抗部Ｊ２０での圧力損失が大きくパイロットガバナ１３での圧力損失が小さい。したがって、パイロットガバナ１３の開度が大きくなるほど、パイロットガバナ１３と抵抗部Ｊ２０の間から分岐する駆動圧流路１５の駆動圧は小さくなる。

このような整圧装置Ｊ１０によると、パイロット流路１２で増幅された駆動圧によってメインガバナ１１の開度を制御することができる。すなわち、下流側での流体消費によって二次圧が低下すると、パイロットガバナ１３のダイヤフラムにかかる圧力が低下してパイロットガバナ１３の弁が開き、パイロット流路１２の流量が増加する。パイロット流路１２には抵抗部（絞り）Ｊ２０が設けられているので、パイロット流路１２の流量が増すと抵抗部Ｊ２０による圧力損失が大きくなり、駆動圧流路１５によってメインガバナ１１の駆動部に供給される駆動圧が低下する。これによってメインガバナ１１の流通部の開度が大きくなり、この流通部を介して二次側に流れる流量が増加する。二次圧が設定圧まで上昇すると新たな定常状態に達し、二次圧が設定圧に保持される。

また、同図（ｂ）に示した例では、同図（ａ）に示した例と同様に、流体導管１に装備される整圧装置Ｊ１０は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂの間に装備され、メインガバナ１１、パイロット流路１２、パイロットガバナ１３を備えている。共通箇所には同一符号を付して一部重複説明を省略する。パイロット流路１２では、一次圧がパイロットガバナ１３で圧力損失を受け、更に抵抗部Ｊ２０で圧力損失を受けて二次圧になる。メインガバナ１１は、パイロット流路１２から分岐した駆動圧流路１５を介して駆動圧が駆動部１１Ａに供給され、駆動圧が増加すると上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通する流通部の開度が大きくなるように作動する弁機構を備える。

ここで、パイロットガバナ１３の開度が小さくパイロット流路１２の流量が小さい状態では、パイロットガバナ１３での圧力損失が大きく抵抗部Ｊ２０での圧力損失が小さいが、パイロットガバナ１３の開度が大きくパイロット流路１２の流量が大きい状態では、パイロットガバナ１３での圧力損失が小さく抵抗部Ｊ２０での圧力損失が大きい。したがって、パイロットガバナ１３の開度が大きくなるほど、パイロットガバナ１３と抵抗部Ｊ２０の間から分岐する駆動圧流路１５の駆動圧は大きくなる。

図１（ｂ）に示した整圧装置Ｊ１０によると、図１（ａ）に示した例と同様に、パイロット流路１２で増幅された駆動圧によってメインガバナ１１の開度を制御することができる。すなわち、下流側での流体消費によって二次圧が低下すると、パイロットガバナ１３のダイヤフラムにかかる圧力が低下してパイロットガバナ１３の弁が開く。これにより、パイロットガバナ１３での圧力損失が低下し、駆動圧流路１５によってメインガバナ１１の駆動部に供給される駆動圧が増加する。これによってメインガバナ１１の流通部の開度が大きくなり、この流通部を介して二次側に流れる流量が増加する。二次圧が設定圧まで上昇すると新たな定常状態に達し、二次圧が設定圧に保持される。

特開２００３−２８８１２４号公報

前述した従来の整圧装置では、メインガバナの開度を制御する駆動圧はパイロット流路から出力される。この駆動圧は、パイロット流路中のパイロットガバナと抵抗部の圧力損失によって決まる。

一方、パイロット流路の抵抗部にはオリフィス状の絞りが一般に用いられる。図２は、オリフィス状の絞りの圧力流量特性を示す説明図であり、オリフィス状の絞りを流れる流量Ｑの増加に対して圧力比Ｐ_D／Ｐ_U（Ｐ_U：絞りの上流側圧力，Ｐ_D：絞りの下流側圧力）がどのように変化するかを示したグラフである。この圧力流量特性は、流量Ｑが小さいときには流量Ｑの変化に対する圧力比Ｐ_D／Ｐ_Uの変化率は小さいが、流量Ｑが大きくなると流量Ｑの変化に対する圧力比Ｐ_D／Ｐ_Uの変化率が大きくなる特性を有している。

このような圧力流量特性を有するオリフィス状の絞りをパイロット流路の抵抗部に用いると、整圧装置の作動開始直後でパイロット流路の流量が小さいときには、流量の変化に対して駆動圧の変化率が小さく、パイロット流路の流量が大きくなると流量の変化に対して駆動圧が急激に変化する。このため、整圧装置の作動開始直後には駆動圧を速やかに変化させて応答性の高い弁の開閉を行うことができず、逆に、パイロット流路の流量が大きくなると、僅かな流量の変化に対して駆動圧が急激に変化するため弁の開閉を安定的に行うことができない。このように従来の整圧装置は、稼働状況によって整圧制御の安定性が異なるという問題を有する。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、メインガバナの開度を制御する駆動圧をパイロット流路の流量大小に拘わらず一定の変化率で出力すること、これによって、整圧装置の稼働状況の如何に拘わらず、整圧制御の安定性を確保すること、が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による整圧装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。流体導管に装備され、上流側流体導管における一次圧を下流側流体導管における二次圧に整圧する整圧装置であって、前記上流側流体導管と前記下流側流体導管の間に装備されるメインガバナと、前記上流側流体導管と前記下流側流体導管とを連通するパイロット流路とを備え、前記メインガバナは、前記パイロット流路から出力される駆動圧によって開度調整を行う駆動部を備え、前記パイロット流路に、当該パイロット流路の流量を前記二次圧に基づいて調整するパイロットバルブと、当該パイロット流路の流量に応じて前記駆動圧を設定する抵抗部を設け、前記抵抗部が線形的な圧力流量特性を有することを特徴とする整圧装置。

このような特徴を備えた本発明の整圧装置によると、メインガバナの開度を制御する駆動圧をパイロット流路の流量の大小に拘わらず一定の変化率で出力することができ、整圧装置の稼働状況の如何に拘わらず、整圧制御の安定性を確保することができる。

従来のパイロット式整圧装置の構成例を示した説明図である同図（ａ）がアンローディング型ガバナの例を示し、同図（ｂ）がローディング型ガバナの例を示している。）。オリフィス状の絞りの圧力流量特性を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る整圧装置の全体構成を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る整圧装置の全体構成を示す説明図である。本発明の実施形態に係る整圧装置に用いられる抵抗部の圧力流量特性を示した説明図である。本発明の実施形態に係る整圧装置に用いられる抵抗部の構成例を示した説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する（なお、従来と同一の部分には同一の番号を付して重複した説明は省略する。）。図３及び図４は本発明の一実施形態に係る整圧装置の全体構成を示す説明図である。

図３に示した実施形態について説明する。流体導管１に装備される整圧装置１０は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂの間に装備され、メインガバナ１１、パイロット流路１２、パイロットガバナ１３を備えている。パイロット流路１２はメインガバナ１１を介することなく上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂとを連通する流路である。パイロットガバナ１３は、パイロット流路１２に設けられ、二次圧に応じて開閉してパイロット流路１２を流れる流体の流量を調整するものである。パイロット流路１２には抵抗部２０が設けられ、抵抗部２０の下流側のパイロット流路１２が分岐して駆動圧流路１５になっている。

メインガバナ１１は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂを連通する流通部１１Ｂと、流通部１１Ｂの開度を調整する主弁１１Ｃと、主弁１１Ｃを駆動する駆動部１１Ａを備えている。駆動部１１Ａは、駆動圧室１１Ａ１に駆動圧流路１５が連通してパイロット流路１２の駆動圧が供給されており、駆動圧が下がると主弁１１Ｃを開く方向に駆動し、駆動圧が一次圧に近くなれば主弁１１Ｃを閉じる方向に駆動する。

パイロット流路１２内の圧力状態を示すと、パイロット流路１２の上流端は一次圧であり、下流端は二次圧になっている。そして、上流端での一次圧は、抵抗部２０の圧力損失で低下し、更にパイロットガバナ１３の圧力損失で二次圧に低下する。ここで、パイロットガバナ１３の開度が大きくなってパイロット流路１２内の流速が大きくなると、抵抗部２０での圧力損失が大きくなるが、パイロットガバナ１３での圧力損失は小さくなる。逆に、パイロットガバナ１３の開度が小さくなってパイロット流路１２内の流速が小さくなると、抵抗部２０での圧力損失は小さくなるが、パイロットガバナ１３での圧力損失は大きくなる。駆動圧流路１５は抵抗部２０の下流側であり且つパイロットガバナ１３の上流側でパイロット流路１２と連通しているので、駆動圧流路１５から駆動圧室１１Ａ１に供給される駆動圧は、パイロットガバナ１３の開度が大きくなってパイロット流路１２内の流速が大きくなると、一次圧から抵抗部２０によって大きく圧力損失した比較的低い値になり、パイロットガバナ１３の開度が小さくなってパイロット流路１２内の流速が小さくなると、一次圧から抵抗部２０によって僅かに圧力損失した比較的高い値になる。

このような整圧装置１０の動作例を説明する。整圧装置１０の下流側で流体の使用量が増加して二次圧が低下すると、二次圧を検知しているパイロットガバナ１３のダイヤフラム１３Ａに加わる圧力が低下して、パイロットガバナ１３の弁１３Ｂが開く。パイロットガバナ１３の弁１３Ｂが開くと、パイロット流路１２の流量が増加して、抵抗部２０の圧力損失が大きくなり、駆動圧流路１５を介して駆動圧室１１Ａ１に供給される駆動圧が低下する。これよって、メインガバナ１１の駆動部１１Ａに設けられるダイヤフラム１１Ａ２に加わる圧力が低下し、ダイヤフラム１１Ａ２が押し下げられてメインガバナ１１の主弁１１Ｃが開き、メインガバナ１１の流通部１１Ｂから二次側へ流れる流量が増加することで、二次圧が設定圧まで上昇して新たな定常状態に達する。

一方、図４に示した実施形態では、図３に示した例と同様に流体導管１に装備される整圧装置１０は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂの間に装備され、メインガバナ１１、パイロット流路１２、パイロットガバナ１３を備えている。図３との共通部分は同一符号を付している。パイロット流路１２にはパイロットガバナ１３の下流側に抵抗部２０が設けられ、パイロットガバナの１３の下流側であり且つ抵抗部２０の上流側のパイロット流路１２が分岐して駆動圧流路１５になっている。

メインガバナ１１は、上流側流体導管１Ａと下流側流体導管１Ｂを連通する流通部１１Ｂと、流通部１１Ｂの開度を調整する主弁１１Ｃと、主弁１１Ｃを駆動する駆動部１１Ａを備えている。駆動部１１Ａは、駆動圧室１１Ａ１に駆動圧流路１５が連通してパイロット流路１２の駆動圧が供給されており、駆動圧が上がると主弁１１Ｃを開く方向に駆動し、駆動圧が二次圧に近くなれば主弁１１Ｃを閉じる方向に駆動する。

パイロット流路１２内の圧力状態を示すと、パイロット流路１２の上流端は一次圧であり、下流端は二次圧になっている。そして、上流端での一次圧は、パイロットガバナ１３の圧力損失で低下し、更に抵抗部２０の圧力損失で二次圧に低下する。ここで、パイロットガバナ１３の開度が大きくなってパイロット流路１２内の流速が大きくなると、パイロットガバナ１３での圧力損失は小さくなるが、抵抗部２０での圧力損失は大きくなる。逆に、パイロットガバナ１３の開度が小さくなってパイロット流路１２内の流速が小さくなると、パイロットガバナ１３での圧力損失は大きくなるが、抵抗部２０での圧力損失は小さくなる。駆動圧流路１５はパイロットガバナ１３の下流側であり且つ抵抗部２０の上流側でパイロット流路１２と連通しているので、駆動圧流路１５から駆動圧室１１Ａ１に供給される駆動圧は、パイロットガバナ１３の開度が大きくなってパイロット流路１２内の流速が大きくなると、一次圧からパイロットガバナ１３によって僅かに圧力損失した比較的高い値になり、パイロットガバナ１３の開度が小さくなってパイロット流路１２内の流速が小さくなると、一次圧からパイロットガバナ１３によって大きく圧力損失した比較的低い値になる。

このような整圧装置１０の動作例を説明する。整圧装置１０の下流側で流体の使用量が増加して二次圧が低下すると、二次圧を検知しているパイロットガバナ１３のダイヤフラム１３Ａに加わる圧力が低下して、パイロットガバナ１３の弁１３Ｂが開く。パイロットガバナ１３の弁１３Ｂが開くと、パイロット流路１２の流量が増加して、パイロットガバナ１３での圧力損失が小さくなり、駆動圧流路１５を介して駆動圧室１１Ａ１に供給される駆動圧が増加する。これよって、メインガバナ１１の駆動部１１Ａに設けられるダイヤフラム１１Ａ２に加わる圧力が増加し、ダイヤフラム１１Ａ２が押し下げられてメインガバナ１１の主弁１１Ｃが開き、メインガバナ１１の流通部１１Ｂから二次側へ流れる流量が増加することで、二次圧が設定圧まで上昇して新たな定常状態に達する。

このような動作を行う図３又は図４に示した整圧装置１０において、本発明の実施形態では、抵抗部２０の圧力流量特性が線形的な特性を有している。図５は、抵抗部２０の圧力流量特性を示した説明図である。このように、抵抗部２０は、流量Ｑの大小に拘わらず、流量Ｑの変化に対して一定の変化率で圧力比Ｐ_D／Ｐ_U（Ｐ_U：抵抗部２０の上流側圧力，Ｐ_D：抵抗部２０の下流側圧力）が変化する。なお、本発明の実施形態における抵抗部２０は、完全に線形的な圧力流量特性を有するものに限定されることはなく、流量Ｑの変化率と圧力比Ｐ_D／Ｐ_Uとの関係が直線関係に近いものであれば、従来技術に対して有利な効果を示すことができる。

このような圧力流量特性を有する抵抗部２０をパイロット流路１２に設けると、整圧装置１０の作動開始直後でパイロット流路の流量が小さいときであっても、下流側の流体使用量が多くなって二次圧が大きく低下することでパイロット流路１２の流量が大きくなった場合であっても、流量の変化に対する駆動圧の変化率は略一定であり、パイロット流路１２の流量の大小とは無関係に安定した感度で主弁１１Ｃを開閉させることができる。これによって、整圧装置１０の稼働状況に拘わらず整圧制御の安定性を確保することができる。

図６は、本発明の実施形態における抵抗部２０の構成例を示した説明図である。抵抗部２０において線形的な圧力流量特性を得るための一つの形態は、抵抗部２０での流体の流れを層流状態にすることである。同図（ａ）は、パイロット流路１２内に細管束２０Ａを配置することで線形的な圧力流量特性を有する抵抗部２０を形成しており、同図（ｂ）は、パイロット流路１２内に多層平板２０Ｂを配置することで線形的な圧力流量特性を有する抵抗部２０を形成している。

このような整圧装置１０によると、メインガバナ１１の開度を制御する駆動圧をパイロット流路１２の流量の大小に拘わらず一定の変化率で出力することができる。これによって、整圧装置１０の稼働状況の如何に拘わらず、整圧制御の安定性を確保することができる。

１：流体導管，１Ａ：上流側流体導管，１Ｂ：下流側流体導管，
１０：整圧装置，
１１：メインガバナ，１１Ａ：駆動部，１１Ｂ：流通部，１１Ｃ：主弁，
１２：パイロット流路，１３：パイロットガバナ，１５：駆動圧流路，
２０：抵抗部

Claims

流体導管に装備され、上流側流体導管における一次圧を下流側流体導管における二次圧に整圧する整圧装置であって、
前記上流側流体導管と前記下流側流体導管の間に装備されるメインガバナと、前記上流側流体導管と前記下流側流体導管とを連通するパイロット流路とを備え、
前記メインガバナは、前記パイロット流路から出力される駆動圧によって開度調整を行う駆動部を備え、
前記パイロット流路に、当該パイロット流路の流量を前記二次圧に基づいて調整するパイロットバルブと、当該パイロット流路の流量に応じて前記駆動圧を設定する抵抗部を設け、
前記抵抗部が線形的な圧力流量特性を有することを特徴とする整圧装置。
前記抵抗部での流体の流れが層流状態になることを特徴とする請求項１記載の整圧装置。
前記抵抗部がパイロット流路内に細管束を配置していることを特徴とする請求項２記載の整圧装置。
前記抵抗部がパイロット流路内に多層平板を配置していることを特徴とする請求項２記載の整圧装置。